автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Совершенствование изделий автотракторного электрооборудования по результатам диагностирования дефектов в процессе производства и эксплуатации

На правах рукописи

СОКОЛОВ ЛЕОНИД АЛЕКСАНДРОВИЧ

4843270

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ АВТОТРАКТОРНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ.

Специальность 05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы

I I и Г< ^ Ли 11

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2010

4843270

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) на кафедре «Электротехника и электрооборудование»

Научный руководитель Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Ютт Владимир Евсеевич

Официальные оппоненты Доктор технических наук, профессор

Эйдинов Анатолий Алексеевич

Кандидат технических наук, профессор Малеев Руслан Алексеевич

Ведущая организация Федеральное государственное унитарное

предприятие научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования (ФГУП НИИАЭ)

Защита состоится 01 февраля 2011г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д-212. 126. 05. при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете по адресу:

125329 ГСП А-47, г. Москва, Ленинградский пр., 64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Текст автореферата размещен на сайте Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета: www. madi. ru

Автореферат разослан 29 декабря 2010г.

Отзывы на реферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять в адрес совета института.

Ученый секретарь

диссертационного совета, П

кандидат технических наук, доцент фшС^ Михайлова Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Развитие международных торговых и производственных связей, глобализация экономики, активизация которых особенно стала заметна в конце двадцатого — начале двадцать первого века, характеризуются возросшим уровнем требований,предъявляемым потребителями к качеству продукции. Потребитель получил возможность выбирать из большого числа поставщиков и по сути диктовать свои требования к качеству товаров. Заводы - производители автотранспортных средств должны постоянно повышать уровень выпускаемой продукции, удовлетворяющей запросам потребителей. Требования постоянного совершенствования, внедрения системного подхода к проблеме качества предъявляются и к поставщикам комплектующих систем и изделий автомобилей, в том числе и автотракторного электрооборудования (АТЭ).

Несоответствия по отдельным показателям электрооборудования приводят к вероятности появления дефектов изделий, определяющихся при диагностике на приемо-сдаточных испытаниях. Введение сплошного контроля для важных (ключевых) показателей качества изделий, узлов и деталей не может обеспечить нужного уровня качества серийной продукции, который выражается в единицах ррт (past per million). Кроме этого такие мероприятия не стабилизируют процесс и не устраняют причин возникновения несоответствий.

Столь малый уровень несоответствий, естественно, являющийся лишь прогнозируемой величиной, может быть обеспечен только методами статистического управления процессами производства изделий АТЭ. Они включают в себя как применение статистических методов контроля качества, так и анализ их результатов с последующим обеспечением стабильности процессов производства, образуя тем самым систему управления качеством продукции.

На обеспечение системного подхода к проблеме качества на всех этапах производства и предоставление доказательства предприятия сделать это, ориентирована и система стандартов ИСО, внедрение которой, как и сертификация продукции, являются необходимыми для участия в тендерах, проводимых автозаводами.

Диссертация посвящена разработке методики статистического контроля и регулирования процессов производства изделий АТЭ с использованием данных по альтернативному признаку для суженного допуска и контрольных карт.

Цель и основные задачи исследования

Целью настоящей диссертации является разработка научно обоснованных рекомендаций по решению одной из актуальных задач - статистического контроля и управления процессами серийного и массового производств изделий автотракторного электрооборудования.

В соответствии с поставленной в диссертации целью решаются задачи:

• проведение анализа современного состояния и развития применения статистических методов управления процессами производства изделий АТЭ;

• системный анализ методов совершенствования изделий АТЭ по результатам диагностирования дефектов в процессе производства и эксплуатации;

• разработка метода контроля и регулирования процессов производства автотракторного электрооборудования на основе данных по альтернативному признаку и суженному допуску;

определение причин расширения среднеквадратического отклонения контролируемых параметров изделий АТЭ;

постановка и решение задач по слежению за диагностируемыми параметрами изделий АТЭ с контролем положения центра распределения полученных данных

Научную новизну работы составляют методика определения основных параметров регулирования процессов производства изделий АТЭ с использованием данных по альтернативному признаку и суженным допускам, а также полученные зависимости, позволяющие рассчитать параметры для уровня несоответствий по исходному допуску.

На защиту выносится:

Методика определения основных параметров регулирования процессов производства автотракторного электрооборудования с использованием данных по альтернативному признаку и суженным допускам.

Постановка и решение задач по слежению за выходными параметрами процесса испытаний изделий АТЭ с контролем среднеквадратического отклонения.

Определение влияния неисправностей генераторов переменного тока на его токоскоростную характеристику при контроле положения центра распределения полученных данных.

Достоверность результатов, изложенных в работе, обеспечена обоснованностью исходных предположений, строгостью выполненных расчетов,

согласованным сравнительным анализом.

Практическая значимость и реализация работы Разработанная методика контроля и регулирования процессов производства изделий АТЭ позволяет при неизменной достоверности результатов сократить необходимые объемы контрольных выборок. Результаты работы внедрены на ряде предприятий, а также используются в учебном процессе на кафедре «Электротехника и электрооборудование» МАДИ.

Апробация работы

Содержание разделов диссертации докладывалось и получило одобрение:

на международном симпозиуме «Проблемы автотракторного электрооборудования и автоэлектроники», г. Суздаль , апрель 2002г.;

• на научно — методических и научно — исследовательских конферециях МАДИ в 2008, 2009 и 2010 годах;

• на заседании кафедры «Электротехника и электрооборудование» МАДИ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная ракбота состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа выполнена на 132 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц и 32 рисунка. Список литературы включает 34 наименования отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, определена цель, поставлены основные задачи, приведена общая характеристика работы.

В первой главе диссертации приведен анализ и классификация методов для сбора данных и последующие статистические исследования дефектности электрооборудования автомобилей.

Для объективной оценки выборочных данных, полученных в результате диагностики изделий АТЭ применяются такие статистические методы, как расслаивание, графики, диаграмма Парето; причинно-следственная диаграмма, контрольный листок , контрольные карты .Средства слежения за показателями качества деталей и узлов электрооборудования и технологических процессов (ТП) их изготовления используют выборочные исходные данные диагностики выхода процессов по количественному и альтернативному признаку. Многие количественные показатели при повторных измерениях достаточно точно могут быть описаны нормальным законом распределения, что показано на рис. 1.

-Зет-fi-+3cr

X

29,73*0

Рис.1. Оценка параметров ц и с по выборке и построение интервала ц ± Зо.

Нормальное распределение, полученное по результатам диагностирования дефектов, характеризуется двумя параметрами:

у - центр распределения или центр настройки рассматриваемых процессов;

а - разброс распределения или разброс среднего отклонения рассматриваемых

процессов.

Методы устранения причин возникновения несоответствий различны, а их основная задача - стабильность качества изготовления изделий, которая обеспечивается за счет уменьшения разброса среднего отклонения о и постоянства центра настройки р, т.е. желательно о = const и р = const.

Как известно, согласно нормальному закону распределения интервал р ± За включает 99,73% распределения. Логично считать, что если в выборках, проводимых при контроле продукции через определенные технологией промежутки времени, назначенные из условия, что за это время процесс неизменен, обнаружено отклонение, то оно вызвано особыми причинами, которые необходимо найти и устранить.

В диссертации показано, что зная уточненные значения центра распределения р уют* и среднего отклонения Оу^н и принимая во внимание свойства нормального распределения, интервал, в котором находятся средние выборочные значения,

определяется как

Иут очи — З^уточнА'''1'

уточн' V

(1)

где: п - объем выборки; х, - показатель внутри выборки; х - среднее значение показателя внутри выборки.

Тогда верхняя и нижняя контрольные границы равны:

ис^= 5 - зи = 5?- 3&,.__чн Д л. (2)(3)

Имея границы интервала строят контрольную карту для средних арифметических Зг, характеризующую стабильность по настройке рассматриваемого процесса.

Построив график зависимости х контрольных выборок испытаний генератора переменного тока от времени, получим контрольную карту для х., представленную на рис.2, из которой следует, что по данным выборки п имел место скачок среднего выборочного значения за нижнюю контрольную границу.

J. 1

l-VLx 1

Л 1 \

Ч "J , / f \—

V \

1

1

Г IT* 1 %

Рис.2. Контрольная карта средних значений для анализа стабильности процесса контрольных испытаний генератора переменного тока по ц.

Как было указано выше на процесс воздействовала особая причина (дестабилизирующий фактор).

Аналогично строят контрольные карты по среднеквадратическим отклонениям S , определяя стабильность процесса по ст. Для полноты анализа процесса строят указанные карты совместно, получая двойные контрольные карты (X, S).

На рис.3 показан процесс диагностики в отдельные периоды времени и общее его представление за суммарный период времени наблюдения в случае, когда контроль париметров изделия стабилен по «собственной» дисперсии:

Dco6 = с2Соб = const

отдельные периоды диагностики и общее его представление за суммарный период времени наблюдения.

Очевидно, что полное стандартное отклонение процесса всегда больше о,™» или собственного стандартного отклонения:

Л Л

Соотношение <?-.лн и <?„4 определяет нестабильность процесса. Процесс может быть приемлемым, если составляет не более 0,1 ширины поля допуска. В этом случае можно говорить о том, что действие на процесс сильных дестабилизирующих факторов было редким, но они должны быть хорошо видны на контрольных картах. При в 1,5 и более раз, то можно с уверенностью

утверждать , что процесс нестабилен.

Полученные значения среднеквадратических отклонений и с,:1

используются для расчета индексов воспроизводимости СРи Срк и пригодности (Рри Ррк) процесса.

Из изложенного можно сделать вывод: контрольные карты для количественных данных применяются для анализа стабильности контролируемых показателей и зависимости от дестабилизирующих факторов, а индексы - по обеспечению требований технической документации.

Применение контрольных карт для количественных данных, рекомендуется только в том случае, если контролируемые показатели являются причиной дефектов, влияющих на работоспособность и надежность продукции. Наблюдение с помощью

контрольных карт необходимо продолжать до тех пор, пока все влияющие на процесс факторы не будут изучены.

Во второй главе рассмотрены методы анализа причин и последствий потенциальных дефектов на этапах проектирования конструкций изделий АТЭ и технологии их изготовления.

Анализ результатов диагностики на этапах производства и эксплуатации, а также причин возникновения несоответствий указывает на то, что большинство дефектов изделий АТЭ - это конструкторские и технологические недоработки, допущенные на соответствующих этапах разработки изделий и подготовки производства.

Передовые предприятия автомобилестроения во всем мире решают вопросы предотвращения дефектов при проектировании изделий, применяя метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов FMEA (Potential Failure Mode and Effects Analysis).

При исследовании изделий АТЭ, конструкции и процессы производства которых довольно сложные с технической точки зрения, целесообразно проводить анализ как самого изделия, так и основных узлов изделий в зависимости от их влияния на работоспособность и выходные характеристики последних.

В предварительном выборе приоритетов по анализу составленного перечня потенциально возможных дефектов используются диаграмма Парето и причинно -следственная диаграмма Исикава, которые дают возможность оценить значимость дефектов. Так при рассмотрении конструкции генератора переменного тока выявлены следующие потенциальные дефекты (на основании данных, полученных по результатам производства и эксплуатации ранее разработанных генераторов):

- отсутствие контакта между выводом и контактным кольцом ; обрыв концов фаз;

замыкание на массу одного из контактных колец; межвитковое замыкание;

- некачественная сварка вывода щеткодержателя; пробой диодов в выпрямительных блоках.

Приоритет по анализу дефектов и причин, их вызывающих, у блока контактных колец, имеющего два потенциальных дефекта.

Расчет комплексной оценки (или комплексного риска) дефекта производится с точки зрения его значимости по трем критериям; S - значимости по последствиям,

О - частоте вероятного появления и О - возможности обнаружения при изготовлении продукции.

Для дефекта «отсутствие контакта между выводом и контактным кольцом» в соответствии с рекомендуемыми РМЕА конструкции шкалами баллов имеем :

Количественная оценка комплексного риска (приоритетное число риска — ПЧР) определена произведением баллов значимости, возникновения и обнаружения:

ПЧР = 8*0x0=200, что в 2 раза больше ранее установленной критической границы, равной 100 и необходимо проводить доработку конструкции контактного кольца с выводом.

Существующая конструкция представляет медное кольцо, к внутренней поверхности которого припаян вывод (рис 4.а). Контроль места пайки «на отрыв» не обеспечивает стабильного качества, а установка в приспособление для изготовления блока контактных колец также может привести к нарушению паяного соединения. Из предложенных вариантов доработки конструкции принята к разработке оригинальная конструкция контактного кольца (рис. 4.6).

Рис.4. Конструкции контактного кольца: а - контактное кольцо в исследуемой конструкции генератора; б - конктное кольцо, предложенное в результате анализа. В предложенной конструкции вывод расположен внутри утолщения , выполненного в виде сегмента на внутреннем диаметре контактного кольца, что полностью исключает появление рассматриваемого потенциального дефекта. Изготовление контактного кольца данной конструкции предусматривает установку вывода в технологическом процессе прессования.

Анализ причин возникновения дефекта «замыкание на массу одного из контактных колец» показывает, что он может быть вызван неправильной укладкой

Б = 8, О = 5, О = 5.

а)

б)

выводов обмотки возбуждения к контактным кольцам, попаданием стружки на токоведущие элементы, а также некачественной изоляцией проводов обмотки возбуждения. Мероприятиями по устранению может быть введение дополнительных требований по контролю ротора , а следовательно и выполнению соответствующих операций в технологических процессах сборки и входного контроля проводов, а также рабочих инструкциях.

После реализации мероприятий рассматриваемый дефект обнаруживается с достаточной достоверностью уже в роторе, предотвращая наличие дефекта в генераторе. Баллы значимости по критериям равны 8 = 8, О = 4 и 0 = 1, а приоритетное число риска ПЧР = 8*0*0 = 8*4*1 = 24 , что значительно ниже установленной критической границы.

Аналогично рассматриваются и другие потенциальные дефекты генератора.

Разработка изделий АТЭ обычно преходит в два этапа: проект конструкции изделия и следующий за ним этап разработки процесса его производства. Рационально и применение РМЕА - метода разделить на РМЕА - конструкции и РМЕА — процесса , которые взаимно связаны между собой. РМЕА- конструкции рассматривает внешние риски и является базой для проведения РМЕА— процесса, который ориентирован в основном на внутренние риски.

ЯМЕА — процесс проводят на этапе разработки технологического процесса производства по методике, аналогичной проведению РМЕА — конструкции: составляется перечень потенциальных дефектов процесса, устанавливются приоритеты рассмотрения.

Основываясь на опыте зарубежных фирм , время освоения методологии РМЕА составляет при интенсивной работе более месяца, а получение реальных результатов — через год после освоения.

В третьей главе диссертационной работы представлена методика определения основных параметров контроля и регулирования процессов производства изделий АТЭ с использованием данных по альтернативному признаку и суженным допускам, а также полученные зависимости, позволяющие рассчитать параметры для уровня несоответствий по исходному допуску.

Выборочный контроль по альтернативному признаку работает с уровнями несоответствий, определяемыми неравенством:

Ч п > 2 , (5)

где: п - используемый объем выборки; д - уровень несоответствий (дефектности) в

долях единицы

Для приемочного контроля качества изделия д - браковочный уровень несоответствий в партии и средний уровень несоответствий для управления процессами производства. Если соотношение (5) не выполняется, то существенно возрастают риски заказчика (3 и поставщика а, т.е. частота ошибочных решений. Это относится также и к задачам управления процессами: по выборке меньшего объема п, чем требует (5), можно не заметить существенного ухудшения процесса.

В работе предложен метод наилучшего сужения допуска для задачи статистического управления процессом, что позволяет работать с данными по альтернативному признаку при наименьших объемах выборки и дает возможность предупреждения несоответствий для естественного допуска.

Рассмотрена задача слежения за стабильностью параметров гауссовой кривой при помощи данных по альтернативному признаку, т.е. за выходом процесса. Источником этих данных являются не границы исходного поля допуска [А,В], а зауженные границы [а,Ь], отстоящие на ±А-сто от центра исходного поля допуска Со • наилучшей точки для расположения центра гауссовой кривой.

В результате контроля выборочных единиц по границам исходного поля допуска определенное количество С проконтролированных единиц оказывается в допуске, I. единиц оказывается левее нижней границы, и М единиц оказывается правее верхней границы допуска, что изображено на рис.5 для суженного допуска. Естественно, что С+1_+М=п, где п - объем выборки.

лягстчкко прсгоятротаромнищз: страшщ

В Кситрошрушал шшш

Рис.5. Представление результатов контроля по суженному допуску с границами а и Ь где: А и В - границы исходного поля допуска.

Сделано два предположения относительно поведения распределения во времени:

1. Исходное распределение при центральном расположении (р = &>) может расширяться, увеличивая сумму двух «хвостов» за границами допуска.

2. Исходное распределение \№(х/яа) может смещаться от центра Со в сторону, увеличивая «хвост» за соответствующей границей допуска

Принятые предполжения играют большое значение при диагностике генераторов переменного тока. Для обеспечения диагностики токоскоростной характеристики генератора производят замеры тока отдачи на определенных оборотах ротора. При смещении распределения результатов замеров в сторону снижения тока за соответствующую границу допуска указывает на наличие неисправностей.

Сравнительный анализ токоскоростных характеристик наиболее характерных неисправностей генераторной установки (рис.6) показывает, что любая неисправность приводит к снижению тока, отдаваемого в бортовую сеть.

Рис.6. Влияние неисправности на токо-скоростную характеристику генератора.

Известно, что токоскоростные характеристики у различных моделей генераторов индивидуальны.По этой причине диагностирование генератора следует проводить по токоскоростной характеристике, соответствующей данной модели. В работе рассмотрен генератор, представляющий собой шестиполюсную, вентильную синхронную электрическую машину переменного тока со встроенным интегральным регулятором напряжения и полупроводниковым выпрямительным блоком.

Расширение области распределения результатов замеров без смещения центра Со указывает на наличие неисправностей и требует анализа причин их появления. В этом случае целесообразно проводить диагностирование по форме сигнала выходного напряжения исправного генератора, являющуюся достаточно

универсальным параметром, не имеющем решающей зависимости от режима работы генератора (рис. 7).

и.8

--1-4

Рис.7. Форма выпрямленного напряжения генератора в исправном состоянии Сигнал выпрямленного напряжения для таких состояний генератора, как обрыв силового диода, пробой силового диода и обрыв фазы статора имеет характерные формы, представленные на рис. 8, 9 и 10, по которорым возможно с большой вероятностью определить неисправность.

и,в и-_22-

¿."с

Рис. 8. Форма выходного напряжения при обрыве силового диода

ав _ тг

и« о 1-1

и Р2

(

^ Р2 .

Рис.9. Форма выходного напряжения при пробое силового диода

И,» Т!

РисЮ. Форма выходного напряжения при обрыве фазы статора

Отмечено, что такие неисправности обмотки статора, как межвитковые замыкания (до шести витков) определить по форме выпрямленного напряжения не представляется возможным, так как она практически не отличается от исправного состояния. В тоже время даже незначительные неисправности — замыкание одного витка — приводят к снижению тока отдачи, изменяя токоскоростную характеристику, но по ней нельзя определить конкретную причину.

Поэтому диагностирование при помощи анализа формы выходного сигнала предпочтительнее, поскольку позволяет определять неисправность без разборки генератора и оперативно проводить предупреждающие действия в процессе производства.

Однако данный способ не дает исчерпывающей информации о состоянии генератора. Так при пробое регулятора напряжения осциллограмма соответствует исправному состоянию. По этой причине для наиболее полной информации проводится совместная диагностика по форме выпрямленного напряжения и уровню его регулирования, которая осуществляется на автомобиле при помощи мотор — тестеров, предназначеных для проверки электрооборудования и оценки работы цилиндров карбюраторных двигателей.

Поставлена задача определения планов периодического контроля по альтернативному признаку и суженному допуску.с одинаковыми объемами выборок п с приемочными числами Ас1 и Асг для слежения за увеличением параметра а и смещением центра распределения ^ соответственно.

Для определения величины границы допуска [±А-Со] при минимальном объеме выборки п, достаточном чтобы обнаружить фактическое увеличение а в 1,5 раза, рассчитываются величины «хвоста» д0 при нормальном значении а = Оо ид' при увеличении а в 1,5 раза .

Принимая 2ро и 2ц' приемочным и браковочным уровнями несоответствий и задавая риски а и Р получен план выборочного контроля ширины гауссовской кривой с минимальным объемом выборки. Расчет планов контроля ширины гауссовской кривой с различными предельными границами приведен в таблице 1.

Из таблицы следует, что расширение гауссовой кривой по а в 1,5 раза лучше всего определять при предельных границах ± 2,0ао и плане с объемом выборки п = 42 и Ас1=4, обеспечивающем риски а = 0,05 и р = 0,1, вполне приемлемые для практического применения.

Таблица 1

Расчет планов контроля ширины гауссовой кривой по альтернативному признаку с различными предельными границами

А q» % 2q» % q' % 2q' % План a=0,05 P=0,025 План a=0,05 p=0,05 План a=0,05 p=0,l План a=0,05 JWU План o=0,I P=0,05 План а=<),1 p=0,l

1,7 4,46 8,92 12,85 25,70 68/10 53/8 44/7 ■ 30/5 43/6 34/5

1,8 3,60 7,20 11,50 23,00 65/8 54/7 44/6 28/4 43/5 33/4

1,9 2,87 5,74 10,26 20,52 67/7 55/6 43/5 32/4 42/4 31/3

2,0 2,27 f¡ 4,55 9,12 18,24 68/8 55/5 42/4 29/3 48/4 35/3

При значительных изменениях рисков «наилучшее сужение» допуска соответствует величине 1,7-2,0 значений Сто. Это объясняется тем, что здесь наблюдается наибольший перепад между приемочным и браковочным уровнями несоответствий (при возрастании о в 1,5 раза), но сами эти уровни не являются при этом слишком малыми величинами, что и является наилучшим случаем для контроля по альтернативному признаку.

Эффект от предложенного сужения допуска (т.е. уменьшение необходимого объема выборки) будет имеет место лишь тогда, когда изначальный естественный допуск шире, чем ± 2стс, т.е. Сто меньше 1/4 допуска. В современной практике это всегда так, поскольку при естественном допуске +2ао уровень несоответствий никогда не будет ниже 4,5%, а это очень низкое качество процесса.

Результат от применения предложенного метода становится заметным, когда исходный допуск шире, чем ±2,5сто, т.е. когда Оо <(поле допуска) / 5, причем с уменьшением отношения сто/(поле допуска) эффект увеличивается.

Для определения оптимального плана контроля отклонения параметра р от центра со на величину сто с минимальным объемом выборки п' при рисках а =0,05 и р Р =0,1 и предельными границами допуска ±2,0сто рассчитывается значения q при указанном смещении р. Результат приведен в таблице.

q0 без сдвига q" со сдвигом Оптимальный план а=0,05; (3=0,1

2,275% 15.87% 32/2

Полученный план имеет объем выборки, меньший чем план по контролю увеличения параметра а, что не соответствует условиям поставленной задачи. В результате определения приемочного числа при объеме выборки п = 42 получено значение Асг =3, для которого расчетные значения рисков составляют а =0,051, 3=0,0823, не превышающие принятых.

Для слежения за стабильностью исследуемого процесса и его управлением предложена штриховая контрольная карта (рис 11), на которой количество проконтролируемых единиц, выпавших за пределы левой (I.) и правой (М) границ суженного допуска обозначаются штрихами в соответствующих колонках.

Время L м L+M Результат Коррекция

gOO II 1 3 Norm

815 III i / 4 Nonn

830 II 3 Norm

8« / II 3 Norm

9" — Ш1 4 Сдвиг вправо -Со

д'5 И т.д. и II 4 Norm

Рис.11. Контрольная карта для слежения за стабильностью исследуемого параметра с использованием данных по альтернативному признаку и суженным допускам.

В соответствии с полученными планами с общим объемом выборки п=42 количество штрихов I. и количество штрихов М не должно быть более 3-х, а сумма штрихов (1_ + М) не должна быть больше 4.

В работе рассмотрено применение контрольной карты с периодическим взятием выборок постоянного объема (п = 42) и фиксации количества выборочных единиц за пределами ±2ао при двух контрольных границах: сдвига распределения (изменение параметра ц) и ширины распределения (увеличение параметра о).

Для слежения за стабильностью исследуемого параметра контролируемого процесса следует:

1) оценить Оо процесса при нормальных условиях (а=со; со);

2) фиксировать выход выборочных данных за установленные границы;

3) применять приведенные в работе контрольные карты.

Четвертая глава посвящена анализу эффективности метода регулирования процессов производства изделий АТЭ с использованием данных по альтернативному признаку для суженного допуска и применением контрольной карты. Анализ эффективности предложенного метода регулирования процесса проведен сравнением его с другими методами управления процессами.

Для оценки эффективности определения предложенным методом ухудшения процесса из-за увеличения дисперсии построена зависимость вероятности принятия положительного решения по выборке от величины отношения о/оо, где Оо -стандартное отклонение выборочных значений при нормальном состоянии процесса

и настройке процесса на центр поля допуска р = со{рис.13). Близкая к полученной характеристике возможна при контроле параметра о выборками по количественному признаку объема п - 27. Это означает, что предложенный метод уступает методу по количественному признаку всего в 1,56 раза по объему выборки п.

Соотнопенпе 0/(73

Рис.13. Характеристика зависимости вероятности принятия положительного решения по выборке от величины отношения о/ао

Проведено сравнение предложенного метода с методом по альтернативному признаку для исходного допуска ± 4,8сто для оценки обеспечения уровня несоответствий при увеличении дисперсии процесса и его настройке по центру поля допуска (р = со).

Исходный уровень несоответствий для допуска с предельными границами +4,8о0 составляет q„ = 1,6 ppm = 0,00016%. При возрастании а до 1,5сто в допуске будет помещаться ±3,2а и уровень несоответствий возрастет до величины q"= 1374 ppm = 0,1374%.

При предложенном методе регулирования в первом случае решение об удовлетворительном состоянии процесса (а=ао) принимается с вероятностью

P(qo) = 0,9590 (а = 0,05 — обеспечено), а во втором решение об удовлетворительном состоянии процесса будет приниматься с вероятностью P(q") = 0,0971 (Р = 0,1 — обеспечено).

Предложенные контрольные карты по существу играют роль приемочной контрольной карты (для дисперсии процесса), которая для исходного допуска обеспечивает параметры:

qnp»e«i=qo= 1,6ppm ; qsPa«= q" = 1374ppm; a = 0,05 и ¡3 = 0,1 Если для той же цепи слежения за дисперсией процесса использовать альтернативный признак для исходного допуска, то обеспечить указанные параметры можно при очень большом объеме выборки : п=1675, Ас=0,

Предложенный метод регулирования лучше определяет увеличение дисперсии процесса, чем контрольная карта для альтернативного признака для исходного допуска и незначительно уступает оптимальному методу с использованием данных по количественному признаку.

Для оценки предложенным методом эффективности обнаружения изменения уровня настройки процесса при постоянной дисперсии а02 построен график зависимости вероятности принятия положительного решения по выборке (т.е. решения: р = с<>) от величины Д = р - Со по отношению к величине ао (рис 14). Соответствующая оперативная характеристика приведена на рис. 14 сплошной линией. Наиболее близкая к построенной характеристике получена при слежении за изменением уровня настройки процесса по количественному признаку, т.е. по

1 "

статистике х=-Х-х, и объеме выборки л = 13 Она приведена на этом же рисунке n

пунктирной линией.

Вероятность 1 решения о с.с несмещенном с ? уровне нястройки

с.е о.е о.л

0,0 0,2 0.1 0,0

НО О I СЛ> 0,8 1,0 1,2

Смешение уровня настроит процесса

Рис. 14. Оперативная характеристика контроля настройки процесса

Предложенные контрольные карты по существу играют роль приемочной контрольной карты (для уровня настройки процесса), которая для исходного допуска обеспечивает параметры: ql?^иl= цо = 0,8 ррт; дера« = я' = 72,4 ррт; а =0,05; (3 = 0,1.

Если для слежения за уровнем настройки процесса использовать альтернативный признак для исходного допуска, то обеспечить указанные выше параметры можно при очень большом объеме выборки /7= 31803, Ас = 0.

Предложенный метод лучше обнаруживает изменение уровня настройки процесса, чем контрольная карта для альтернативного признака для исходного допуска и несколько уступает методу с использованием данных по количественному признаку, но значительно проще в применении.

Эффективность предложенного метода при различном числе входящих в исходный допуск «сигм» показана в сравнении с периодическим статистическим контролем по альтернативному признаку для исходного допуска. Для каждого заданного числа «сигм» в исходном допуске определены значения приемочного уровня несоответствий (для нормального состояния процесса) и браковочного уровня несоответствий (для ухудшенного состояния процесса) отдельно для задачи увеличения о процесса в 1.5 раза и для задачи сдвига уровня процесса на оо от целевого значения.

Для найденных приемочного и браковочного уровней и рисков аир получен план контроля с минимальным объемом выборки по альтернативному признаку. Определен коэффициент эффективности К ^ф, как отношение полученных объемов выборки п к полученному дляпредложенного метода (л =42).Результаты вычислений приведены в таблице.

Исходи Увеличение о от Со ДО 1,5о0 Сдвиг на со

Приемом>1йи Пдан контроля Кафф Приемочный и План контроля по Кэфф

допуск БРАКОВОЧНЫЙ ПОИООДОЛ' браковочный исходному дотеку

уровни догда уровни

±2,5бо £^ = 1242% п=52 1,24 =0,621 % П=57 1,36

Яб„ = 9,558% Ас=2 460=6,68% Ас=1

±3,0б„ 4^=0,27% п=85 2,02 Ргр=0,135% п=170 4,05

р6р=4,54% Ас=1 Яб0=2275% Ас=1

±3,5б0 р^=0,0466% п=197 4,69 02327% п=625 14,88

=1,963% Ас=1 Цв, =0,621% Ас=1

Из таблицы видно, что уже при исходном допуске, равном ±2,5а0, предложенный метод имеет некоторую эффективность, а при увеличении количества «сигм» в исходном допуске эффективность метода возрастает.

В заключении представлены основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Анализ методов сбора и обработки данных по результатам контороля качества и диагностирования дефектов в процессе производства и эксплуатации изделий автотракторного электрооборудования показал, что повышение качества изделий при малых установленных значениях дефектности возможно только с применением статистических методов контроля.

2. Исследование причин и последствий потенциальных отказов при конструировании изделий АТЭ, разработка меропроятий по их устранению позволяют прогнозировать дефекты и предупреждать их появление на этапах проектирования.

3. Разработана методика контроля и регулирования процессов производства изделий АТЭ на основе данных по альтернативному признаку и суженному допуску, которая позволяет сократить необходимые объемы контрольных выборок при неизменной достоверности результатов.

4. Поставлена и решена задача по слежению за изменением контролируемых параметров изделий АТЭ при минимальном объеме выборки, что позволяет проводить работу по выявлению и устранению дестабилизирующих факторов.

5. Предложенные методы статистического контроля и регулирования процессов производства изделий АТЭ осуществляется на уровне предупреждения дефектности, что невозможно реализовать при статистическом контроле по альтернативному признаку для исходного допуска.

6. Контроль центра распределения диагностируемых параметров генератора

переменного тока дает возможность определить влияние неисправностей на

его токоскоростную характеристику.

7. Установлена целесообразность применения методов диагностирования генераторов переменного тока, не прошедших контроль качества, по параметрам формы выпрямленного напряжения, что позволило с высокой степенью точности распознавать причины отказов основных узлов генератора без разборки изделия и, как следствие, их оперативного устранения в процессе производства.

8. Разработанные методы контроля и регулирования процессов производства изделий АТЭ прошли апробацию и внедрены для практического применения на ряде предприятий, а также используются в учебном процессе в МАДИ .

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

ПУБЛИКАЦИИ В ИЗДАНИЯХ, РЕКОМЕНДУЕМЫХ ВАК

1. Соколов Л. А. Простой способ регулирования технологических процессов с использованием «суженных калибров» / М.И.Розно, ЛАСоколов .А.Ф.Мельников II Электроника и электрооборудование транспорта. - М.: 2004, №6.

2. Соколов Л.А. Методы снижения дефектности электрооборудования автомобилей. /В.Е. Ютт, Л.А. Соколов II Электроника и электрооборудование транспорта. - М.: 2008, №4.

3. Соколов Л.А. Совершенствование изделий АТЭ по результатам анализа дефектов I Л.А. Соколов II Электроника и электрооборудование транспорта. - М.: 2009, №1.

ПУБЛИКАЦИИ В ДРУГИХ ИЗДАНИЯХ

4. Соколов Л.А. Некоторые особенности пакетирования железа статора генератора переменного тока. / В.Е. Ютт, В.В. Морозов, Л.А. Соколов // 23.03.2001 №711- В2001 ВИНИТИ.

5. Соколов Л.А. Технология производства обмоток якорей автотракторных стартеров. / В.Е. Ютт, В.В. Морозов, Л.А. Соколов // 23.03.2001 №710- В2001 ВИНИТИ.

6. Соколов Л.А. Технология производства электрооборудования автомобилей и тракторов. / В.Е. Ютт, В.В. Морозов, Л.А. Соколов // Материалы международного симпозиума «Проблемы автотракторного электрооборудования и автоэлектроники», г. Суздаль , апрель 2002г..

Подписано в печать 28.12.2070г. Формат 60x84/18

Печать офсетная Усл. печ. л. 1,2 Уч. -изд. л. I, I

Тираж 100 экз. Заказ 471

Ротапринт МАДИ 125319, Москва, Ленинградский просп., 64

Введение

1. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФЕКТНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

АВТОМОБИЛЕЙ

1.1. Статистические методы для сбора данных

1.2. Анализ данных по результатам диагностики

1.3. Статистические исследования с применением контрольных карт

1.3.1. Контрольные карты для количественных данных

1.3.2. Статистические исследования с применением контрольных карт для альтернативных данных

1.4. Оценка значимости дефектов и определение направления действия координирующих мероприятий

2. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ВИДОВ И

ПОСЛЕДСТВИЙ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ

2.1. Обоснование применения методов анализа

2.2. Совершенствование конструкции изделий на этапе проектирования

2.3. Анализ потенциальных дефектов и их последствий при разработке технологических процессов изготовления изделий АТЭ

3. МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ПО АЛЬТЕРНАТИВНОМУ ПРИЗНАКУ И СУЖЕННЫМ ДОПУСКАМ

3.1. Обоснование применения статистических методов управления процессами на основе данных по альтернативному признаку и суженным допускам

3.2. Контроль изменения величины среднеквадратического отклонения ст

3.3. Контроль положения центра распределения

3.4. Контроль за стабильностью исследуемого процесса при помощи суженных предельных границ

4. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННОЙ

МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА

4.1. Эффективность определения ухудшения процесса из-за увеличения дисперсии

4.2. Оценка обнаружения изменения уровня настройки процесса при постоянной дисперсии а

4.3. Оценка эффективности применения предложенной методики при различном числе сигм» в исходном допуске

Развитие международных торговых и производственных связей, глобализация экономики, активизация которых особенно стала заметна в конце двадцатого — начале двадцать первого века, характеризуются возросшим уровнем требований, предъявляемым потребителями к качеству продукции. Качество продукции является ключевой составляющей конкурентоспособности товара.

Обеспечение высокой конкурентоспособности продукции отечественного автомобилестроения — одна из важнейших задач развития производства. Потребитель получил возможность выбирать из большого числа поставщиков и, по сути, диктовать свои требования к качеству товаров, которые он готов приобрести. Качество продукции включает показатель надежности, являющийся ее ключевой характеристикой, под которым понимается свойство технического устройства или изделия выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.

Исследования в области удовлетворенности покупателей показывают, что все большее значение при приобретении новых автомобилей имеют показатели надежности.

Многочисленные исследования надежности автомобилей, проведенные в США, странах Евросоюза и России, свидетельствуют о том, что система электрооборудования имеет довольно низкий показатель безотказности [1]. В таблице 1 представлены дефекты электромеханических преобразователей, существенно влияющих на надежность системы электрооборудования автомобилей ВАЗ.

Следовательно, решение проблемы удовлетворенности потребителей лежит и в области улучшения качества и надежности системы электрооборудования автомобилей.

Таблица 1.

Массовые дефекты электромеханических преобразователей системы электрооборудования автомобилей ВАЗ. п/п Год Наименование дефектов

1 2003 Не работает электростеклоподъемник. Шум при работе генератора.

2 2004 Шум электростартера. Шум при работе генератора. Занижено напряжение генератора.

3 2005 Не работает электростеклоподъемник. Шум электростартера. Шум при работе генератора.

4 2006 Занижено напряжение генератора. Не работает электростартер.

5 2007 Отсутствует ток отдачи генератора. Шум электростартера. Не работает электроусилитель руля.

6 2008 Занижено напряжение генератора. Не работает электростеклоподъемник. Шум при работе генератора.

Из таблицы видно, что наибольшее количество дефектов у генератора переменного тока, ведущих к его последующим отказам. Корпорации и заводы - производители автотранспортных средств, чтобы преуспеть в ситуации, сложившейся в последние десятилетия на рынке, должны постоянно повышать уровень выпускаемой продукции, удовлетворяющей запросам потребителей.

Требования постоянного совершенствования, внедрения системного подхода к проблеме качества предъявляются и к поставщикам комплектующих систем и изделий автомобилей, в том числе и автотракторного электрооборудования.

Автотракторное электрооборудование, производство которого довольно сложный процесс, включающий в себя практически все основные и вспомогательные технологические переделы, также как детали и узлы, входящие в его конструкцию, в процессе изготовления проходят контроль показателей, определяющих их 5 соответствие требованиям документации.

Несоответствия по отдельным показателям как составляющих, так и сборочных операций, приводят к вероятности появления дефектов изделий в целом, определяющихся при диагностике на приемо-сдаточных испытаниях. Наиболее распространенная реакция на результаты испытаний - ужесточение контроля по альтернативному признаку.

Использование данных по альтернативному признаку (годен -негоден) очень удобно в производственной практике и осуществляется за счет применения традиционных предельных калибров, которые очень широко используются на отечественных промышленных предприятиях.

Решение принимается просто по числу отклоненных изделий и не требует никакой математической обработки. Но оно не приносит ожидаемого успеха даже при достаточно высоком уровне несоответствия q =200ppm (past per million), определяемым числом несоответствующих единиц продукции на миллион выпущенных.

Даже сплошной контроль для важных («ключевых») показателей качества изготовленных деталей и узлов не может обеспечить нужного сегодня уровня качества серийной продукции, который выражается в единицах ррт. Виной тому человеческий фактор - даже при сплошном контроле бракованные изделия будут пропущены. Кроме этого такие мероприятия не стабилизируют процесс и не устраняют причин возникновения несоответствий.

Столь малый уровень несоответствий, естественно, являющийся лишь прогнозируемой величиной, может быть обеспечен только методами статистического управления технологическими процессами.

Они включают в себя как применение статистических методов контроля качества, так и анализа их результатов с последующим обеспечением стабильности процессов производства, образуя тем самым систему управления качеством продукции.

На обеспечение системного подхода к проблеме качества на всех этапах производства и предоставление доказательства предприятия сделать это, ориентирована и система стандартов ИСО, внедрение которой, как и сертификация продукции, являются необходимыми для участия в тендерах, проводимых автозаводами.

Основные выводы и результаты работы

1. Разработана методика контроля и регулирования процессов производства изделий АТЭ на основе данных по альтернативному признаку и суженному допуску, которая позволяет определить оптимальные границы суженных допусков, снизить трудоемкость контрольных операций при неизменной достоверности результатов.

2. Поставлена и решена задача по слежению за изменением контролируемых параметров изделий АТЭ при минимальном объеме выборки, что позволяет проводить работу по выявлению и устранению дестабилизирующих факторов.

3. Предложенные методы статистического контроля и регулирования процессов производства изделий АТЭ осуществляются на уровне предупреждения дефектности, что невозможно реализовать при статистическом контроле по альтернативному признаку для исходного допуска.

4. Контроль центра распределения диагностируемых параметров генератора переменного тока дает возможность определить влияние неисправностей на его токоскоростную характеристику.

5. Установлена целесообразность применения методов диагностирования генераторов переменного тока, не прошедших контроль качества, по параметрам формы выпрямленного напряжения, что позволило с высокой степенью точности распознавать причины отказов основных узлов генератора без разборки изделия и оперативно устранять их в процессе производства.

6. Разработанная методика контроля и регулирования процессов производства совместно с анализом причин и последствий потенциальных дефектов на этапах проектирования конструкций изделий АТЭ и технологии их изготовления, образуют системный подход к управлению качеством продукции.

7. Методы контроля и регулирования процессов производства изделий АТЭ прошли апробацию и внедрены на ЗАО «Старооскольский завод автотракторного электрооборудования им. А.М.Мамонова»(ЗАО«СОАТЭ» и других предприятиях производителях изделий АТЭ, а также используются в учебном процессе в МАДИ [П.7, П.8].

Заключение

Применение предложенной методики контроля и регулирования процессов производства автотракторного электорооборудования на основе данных по альтернативному признаку и суженному допуску используется на промышленных предприятиях для слежения за диагностируемыми параметрами« изделий и позволяет определять влияние неисправностей на контролируемые характеристики

Системный подход к проблеме качества, включающий как предложенную методику, так и анализ видов и последствий потенциальных дефектов, проводимый при проектировании конструкции и процессов производства изделий АТЭ делает возможным определение причин отклонений контролируемых параметров и их устранения на уровне предупреждения оказывает положительное влияние на экономические показатели предприятий.

Необходимо отметить, что используемая в работе методика контроля и регулирования выходных параметров процесса испытаний изделий отличается от известных как простотой, так и значительным снижением трудоемкости при ее применении.

1. Козловский В.Н. Обеспечение качества и надежности электрооборудования автомобилей; монография / В.Н. Козловский. Тольятти; ТГУ; 2009. - 274с.

2. Ютт В.Е. Методы снижения дефектности электрооборудования автомобилей / Ютт В.Е., Соколов Л.А. Электроника и электрооборудование транспорта. -М.; 2008, №4.

3. Адлер В.В. На пути к статистическому управлению процессами / Адлер В.В., Шпеер В.Л. Методы менеджмента качества.- 2003, №3.

4. Shewhart W. Economic Control of Quality of Manufactured Product. Milwaukee, W1: ASQ Qualitu Press, 1931,(reprint 1980).

5. Статистическое управление процессами. SPC. Пер. с англ. Н.Новгород: СМЦ «Приоритет».-2001.-126 с.

6. Применение прикладных статистических методов при производстве продукции ( для специалистов). Н. Новгород: СМЦ «Приоритет», 2005. - 92с.

7. M.J. Harry, J.R. Lawson. "Six Sigma/ Producibility analysis and process characterization". Motorola Inc., 1992.

8. ГОСТ P 50779. 44- 2001 Статистические методы. Показатели возможностей процессов. Основные методы расчета.

9. Анализ видов и последствий потенциальных отказов. FMEA: Справочное руководство. Крайслер корпорэйшен, Форд мотор компани, Дженерал Моторс корпорэйшн: Пер. с англ. Н.Новгород: АО «НИЦ КД», СМЦ «Приоритет», 1997. -67 с.

10. ГОСТ Р 51814.2 — 2001 Метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов.

11. Соколов Л.А. Совершенствование изделий АТЭ по результатам анализа дефектов / Л.А. Соколов Электроника и электрооборудование транспорта. М.: 2009, №1.

12. Розно М.И. Как научиться смотреть вперед / М.И.Розно Методы менеджмента качества. 2000, №6.

13. Розно М.И. Откуда берутся неприятности / М.И. Розно Стандарты и качество,- 2002 , №11.

14. Соколов Л.А. Простой способ регулирования технологических процессов с использованием «суженных калибров» / М.И. Розно, Л.А. Соколов, А.Ф. Мельников и др. Электроника и электрооборудование транспорта. М.: 2004, №6.

15. Лапидус В.А. Статистический контроль качества продукции на основе принципа распределения приоритетов / В.А. Лапидус, М.И. Розно, A.B. Глазунов и др. Москва, «Финансы и статистика», -1991.

16. ГОСТ Р 50779.30- 95 Статистические методы. Приемочный контроль качества. Общие требования.

17. ГОСТ Р 50779.50- 95 Статистические методы. Приемочный контроль качества по количественному признаку. Общие требования.

18. ГОСТ Р 50779.52- 95 Статистические методы. Приемочный контроль качества по альтернативному признаку.

19. Qstat. Программный продукт для анализа и синтеза планов статистического приемочного контроля партий продукции по альтернативному признаку.- Н. Новгород, СМЦ «Приоритет», -1999.

20. Rozno, M.I., Keckutiya, I.P. 1996.: Tables for sampling plans by attributes for narrowed acceptance tolerances. Proceedings of the 11 International Conference of the Israel Society for Quality.- Jerusalem, Israel, November 1996.- pp. 191-195.

21. Ютт B.E. Электрооборудование автомобилей. Учебник для вузов. / B.E. Ютт. М: Горячая линия — Телеком, 2006.

22. Акимов С.В. Электрооборудование автомобилей. Учебник для вузов. / С.В. Акимов, Ю.П. Чижков, М. «За рулем», 2001.