автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Совершенствование технологических процессов и качества сварочно-монтажных работ в строительстве математическим моделированием условий объекта сварки и оптимизацией производственных факторов

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОНЦЕРН ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

УДК 621.791:658.62.018 -

ЗАНКОВЕЦ Павел Васильевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

И КАЧЕСТВА СВАРОЧНО-МОНТАЖНЫХ РАБОТ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ МАТЕМАТИЧЕСКИМ МОДЕЛИРОВАНИЕМ УСЛОВИЙ ОБЪЕКТА СВАРКИ И ОПТИМИЗАЦИЕЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ

Специальность 05.03.06 - технология и машины сварочного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск, 2000

Работа выполнена в Белорусском научно-исследовательском институте строительства (БелНИИС)

Научный руководитель

- доктор технических наук Денисов Л. С.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ковалевский В.Н.;

- доктор технических наук, профессор Мельгуй М.А.

Оппонирующая организация - Белорусский научно-исследовательский

и проектно-технологический институт строительства (БелНИПТИС)

щите диссертаций Д02.40.01 в Белорусском государственном научно-производственном концерне порошковой металлургии по адресу: 220071, г.Минск, ул. Платонова,41, тел. 239-98-42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного научно-производственного концерна порошковой металлургии.

Защита состоится 8 декабря 2000г. в 1400 на заседании совета по за-

Автореферат разослан

2000г.

Ученый секретарь по защите диссертаций

В.М.Горохов

не 9 о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации. Сварочные технологии, широко используемые в промышленности и строительстве, являются наиболее распространенным способом получения неразъемных соединений. При строительстве, реконструкции и ремонтных работах на современном промышленном предприятии, жилых и общественных зданиях монтируется большое количество цеховых, межцеховых и подводящих трубопроводов, металлоконструкций и сварных сосудов, имеющих различные пространственные положения сварных соединений и отличающихся разнообразием как по назначению, так и по размерам. Сварочные работы в силу своей специфики выполняются в условиях ограниченного доступа, в траншеях и на высоте с преобладанием ручного труда. В общем объеме монтажных и специальных строительных работ наибольший удельный вес занимают трубопроводы ответственного назначения. Нарушения герметичности сварных соединений выводят из строя не только отдельные узлы конструкций, но и целые сооружения и приводят к аварийным ситуациям, потерям дорогостоящего сырья и экологическому загрязнению окружающей среды. При этом повышение надежности сварных соединений может быть достигнуто только за счет обеспечения качества их изготовления. Однако качество сварочно-монтажных работ как в бывшем СССР, так и в нашей республике остается пока невысоким. Уровень брака сварных соединений в отдельных организациях достигает 30% и более. Затраты на исправление брака составляют до 10% общей стоимости работ. Основная идея обеспечения качества состоит в разработке превентивных систем и методов, направленных на устранение дефектов еще на промежуточных этапах, а не в готовом изделии. Но из-за крайней неоднородности продукции сварочных работ, условий сварки, материалов невозможно применение уже существующей теории и методов управления качеством, успешно применяющихся на производствах с массовым, серийным выпуском продукции. Оценка качества производится только по уровню - соответствует или не соответствует сварной стык нормативным требованиям. Отсутствуют объективные количественные показатели, поэтому невозможно проводить анализ дефектности и устанавливать границы регулирования уровня качества, проводить исследования причин образования дефектности и способов ее устранения на промежуточных этапах. Отсутствует методика расчета эффективности инвестиций на совершенствование технического уровня и уровня качества сварочно-монтажного производства. Поэтому работа, направленная на решение перечисленных задач и позволяющая значительно повысить качество и надежность сварных соединений, является важной и актуальной.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Научные исследования по теме диссертации проводились в соответствии с программой Минмонтажспецстроя БССР «Разработать автоматизированную сис-

тему управления технологическим процессом (АСУТП) сварки в строительстве» (х/д №609, 1987-1989г) №88.0Т.019 НИР, Госстроя СССР «Разработка и внедрение комплексной системы обеспечения качества и совершенствования сварочного производства» (х/д №622, 1989-1991 г) №90.0Т.043 НИР, Глав-Минскстроя БССР и ГППСО «Минскоблсельстрой» «Разработка и внедрение автоматизированного рабочего места дефектоскописта (АРМ-Д)» (х/д №567 1991, 1996гг.) №91.ОТ.051 НИР, Республиканской научно-технической программы «Сварка» 1993-1995г., утвержденной Президиумом Совета Министров Республики Беларусь №3 от 29 апреля 1993 г.

Цель и задачи исследования - на основе изучения и обобщения практики выполнения сварочно-монтажных работ в строительстве в Республике Беларусь и зарубежных странах разработать систему и методы обеспечения качества сварочных работ и сварных соединений. Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:

1. Провести комплексное исследование качества сварных соединений и факторов, оказывающих влияние на формирование качества в условиях сва-рочно-монтажного производства.

2. Установить доминирующие факторы, влияющие на уровень качества конечной продукции, теоретически и экспериментально исследовать связи фактор - причина - дефект, разработать математические модели и технологию их применения на основе причинно-следственного анализа.

3. Разработать алгоритм формирования уровня качества сварных соединений и способы его регулирования с использованием компьютерной техники.

4. Разработать инженерные методы прогнозирования, оценки эффективности капиталовложений на повышение качества, разработать рекомендации по совершенствованию технологических процессов сварки и внедрить на предприятиях строительной индустрии.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются сварные соединения и технология их изготовления. Предмет исследования -совершенствование технологических процессов и качества сварочно-монтажных работ в строительстве математическим моделированием условий объекта сварки и оптимизацией производственных факторов.

Гипотеза. Применение превентивных систем и методов, основанных нг математическом моделировании и оптимизации производственных факторов направленных на устранение дефектов в процессе выполнения работ, позволит осуществлять как значительное снижение уровня дефектности, так и безде фектное изготовление сварочной продукции.

Методология и методы проведенного исследования. Методология ра боты обусловлена гипотезой, для подтверждения которой требовалось реше ние ряда взаимосвязанных задач, направленных на выявление закономерно стей формирования дефектности и установление связи между дефектами 1

производственными факторами. С использованием компьютерной техники, методами математической статистики, теории вероятностей исследовали уровень брака сварных соединений в строительстве, распределение средних значений показателей дефектности по типам, размерам и количеству. Экспериментально с учетом экспертных оценок определяли критичность показателей дефектности к технологическим процессам для установления оптимального уровня качества и основные параметры для расчета границ его регулирования.

Научная новизна и значимость полученных результатов. Впервые сформулирована и разработана система обеспечения качества сварочных работ и сварных соединений в строительстве, учитывающая международный опыт и современные тенденции в управлении качеством.

Разработан алгоритм систематизации мелкосерийной сварочной продукции в базовые совокупности (БС), позволяющий применить теорию и методы управления качеством для совершенствования технологических процессов. Установлено, что для формирования генеральной совокупности сварных соединений за основу должна быть принята группировка по элементам производства.

Разработаны универсальные показатели качества по протяженности Ь и количеству Д, позволяющие оценивать вид и характер дефектов, их линейные размеры и частоту. Для оценки структуры дефектности по виду, размерам и количеству предложен комплексный показатель (Ь0, Ьб, До, Дб), характеризующий общую и недопустимую по СНиП дефектность. Установлено, что такой показатель является представительным для каждой конкретной технологии, исполнителя, позволяет оценить состояние качества сварочного производства и определить способы регулирования его технологических процессов.

Выполнены исследования и анализ реальной дефектности по показателям качества для основных БС, что позволило установить границы регулирования уровня качества по каждой БС и перейти от пассивного, только фиксирующего брак - к активному предупредительному контролю.

Исследованы причинно-следственные связи "фактор - причина - дефект". Выявлены 5 доминирующих факторов и рассчитан их удельный вес в образовании дефектности: подготовка и сборка под сварку - 28-34%, квалификация исполнителей - 19-31%, сварочные материалы - 14-26%, сварочные процессы - 11-19%, сварочное оборудование - 5-13%. Установлено, что по каждому доминирующему фактору образуется уникальная, только ему присущая структура дефектности. Следовательно, совершенствование технологических процессов и уровня качества необходимо осуществлять по, алгоритму «дефект - причина — фактор» в процессе сварки и устранять причины дефектности еще на промежуточных этапах.

Разработана математическая модель и инженерные формулы для расчета, оценки и прогнозирования оптимального технического уровня и уровня каче-

ства как отдельного сварочного производства, так и организации в целом. Модель позволяет рассчитать эффективность инвестиций на совершенствование технического уровня и уровня качества конкретного сварочно-монтажного производства.

Практическая и экономическая значимость полученных результатов. Разработана система методов и средств, позволяющая совершенствовать технологические процессы и качество сварочно-монтажного производства в строительстве, снизить брак с 10-30% до 5-7% и за счет этого сократить сроки ввода монтажных объектов в эксплуатацию. Разработаны алгоритмы учета, анализа и оценки качества сварных соединений и способы его регулирования с практической реализацией на современных ПЭВМ, позволяющие в 3-5 раз повысить оперативность и достоверность контроля. Разработана методика расчета и оптимизации технического уровня и уровня качества сварочного производства в зависимости от капиталовложений. Результаты работы внедрены более чем в 50 организациях бывшего СССР и Республики Беларусь, в том числе в строительно-монтажных управлениях бывшего Минмонтажспецстроя БССР, Главминскстроя, Белсельстроя и ГППСО «Минскоблсельстрой», что подтверждено актами внедрения. За счет предупредительных мер, оперативного регулирования и стабилизации технологических процессов, оптимальных управляющих решений достигнуто снижение брака на объектах с 10-30% до 5-7%. При этом трудоемкость на сварочные работы снизилась в 1.5-2.0 раза. Экономия сварочных материалов составила 10-20%, энергоресурсов - 15-20%. Доля автора в экономическом эффекте от внедрения результатов работы в ценах на 1.03.2000г. составила 9 593 200 рублей.

Осиовные положения, выносимые на защиту.

1. Причинно-следственные связи формирования дефектности сварных соединений в зависимости от производственных факторов, методы оценки уровня дефектности с использованием последних достижений в области микропроцессорной техники.

2. Алгоритм оценки уровня качества сварных соединений и способы его регулирования по обратной связи "фактор - причина - дефект";

3. Математическая модель и инженерные формулы для расчета, оценки и прогнозирования оптимального технического уровня и уровня качества реального сварочного производства с учетом его стоимости.

4. Методика совершенствования технологических процессов и качества сварочно-монтажного производства на основе оптимизации производственных факторов, результаты промышленного внедрения.

Личный вклад соискателя. Соискателем лично разработаны основные положения, приведенные в научной новизне и практической значимости полученных результатов, получены, обобщены и научно обоснованы экспериментальные данные. В совместных работах, результаты которых вошли в диссертацию, соискатель участвовал в постановке задачи, разработке методики исследования, проведении экспериментов, обобщении и подготовке материалов

к публикации. Им выполнена основная часть работы по производственной апробации и внедрению результатов. Он являлся ответственным исполнителем госбюджетных и хоздоговорных НИР, выполненных по объекту и предмету исследования.

Апробация результатов диссертации. Основные положения работы доложены и обсуждены на Республиканских научно-технических семинарах по проблеме повышения качества сварки (Минск,-1989, 1990, 1991), Областной научно-технической конференции главных сварщиков (Минск,- 1993, 1994), Республиканской научно-технической конференции по ресурсосберегающим технологиям в сварочном производстве (Могилев,- 1996), Международной научно-технической конференции «Сварные конструкции» (Киев.-2000).

Опубликованность результатов. Основное содержание диссертации опубликовано в 3 статьях в журналах и сборниках, 4 тезисах докладов на конференциях. Общее число страниц опубликованных материалов - 20.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Полный объем диссертации 197 страниц. Работа содержит 102 страницы машинописного текста, 33 рисунка на 29 страницах, 50 таблиц на 34 страницах, 2 приложения на 23 страницах и список использованных источников в количестве 126 наименований на 9 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснован выбор темы диссертации, представлена оценка состояния проблемы, показана ее значимость и пути решения.

В первой главе проанализировано современное состояние сварочного производства в строительстве. Показаны причины, усложняющие применение стандартных подходов теории управления и раскрыты возможности повышения уровня качества сварочных работ. В результате анализа установлено, что уровень брака сварочных работ в соответствии с требованиями СНиП и ИСО 9000 составляет 30-50%. Это объясняется отсутствием системы обратной связи «контроль — сварка», когда выявленные дефекты не анализируются, причины дефектности не устанавливаются и не устраняются, а брак просто фиксируется. На объектах сварочных работ отсутствует методика управления технологическими процессами сварки. Все это вместе с другими причинами объясняет сложившуюся ситуацию. Для создания системы управления качеством сварочных работ проведена систематизация и классификация обьектов сварки, позволяющая расширить применение уже существующей теории и методов управления качеством, успешно применяющихся на производствах с массовым, серийным выпуском продукции. С этой целью разработан алгоритм формирования однородной статистической совокупности сварных соединений,

учитывающий особенности объектов сварочно-монтажного производства. Например, сварные соединения стыков трубопроводов диаметром 350 - 500 мм с толщиной стенки 8.0 - 10.0 мм, выполненных ручной электродуговой сваркой (РЭД) составляют однородную базовую совокупность (БС), а объекты, где выполняют сварку этих стыков, являются пространством случайных событий с определенными условиями. За единицу БС принят сварочный стык или участок стыка. Элементы производства и их группы для каждой совокупности должны изменяться незначительно и образовывать конкретную строительно-монтажную серию стыков, изготавливаемую за определенный цикл работы, в определенных факторных условиях конкретной монтажной организацией. Общая блок-схема описывается цепочкой:

СМК е IOC е ХСГ1 е ХЭП е ХГЭ е ХГП, (1)

где СМК - строительно-монтажный комплекс, ОС - объект строительства, СП -сварочно-монтажное производство, ЭП - элементы производства, ГЭ - группы элементов, ГП - группировочные признаки.

n m n m

СП = 1ЭПь ЭП; = 2ГП:з, или СП = X xniij = NBCi, (2)

i=i j-i ¡=i j=i

где N - количество элементов, входящих вБС, i = 1,..., n; j = 1,..., m

В нашем случае N представляет общий объем стыков i-й базовой партии, сваренной в течение определенного промежутка времени: недели, месяца, квартала и т.д. Таким образом, формирование базовой совокупности стыков можно описать формулой:

n n m

Nßci= fpn б ГП), при условии, что ХЭ^ = const, X ХПЪ = const (3)

i-1 ¡=1 j-1

Исследованиями установлено, что при формировании i-й БС должны выполняться следующие основные условия: учет существующей специфики явлений и процессов на сварочном объекте; объективность и независимость контроля; постоянство или по крайней мере достаточно малая изменяемость основных производственных и технологических факторных условий.

Таким образом, к статистически однородным группам - базовым партиям стыков относятся стыки, имеющие сходные конструктивные, технологические и эксплуатационные признаки ( диаметр, типоразмер, способ и услович сварки, присадочный материал, квалификация исполнителей, степень ответственности соединений, способ контроля и т.д.). От известного определения партии продукции по ГОСТ 15895-70, введенное нами понятие БС отличается тем, что продукция партии может быть изготовлена на разных объектах и в разное время. Систематизация сварочно-монтажного производства в базовые совокупно-

сти (БС) стыков позволяет применить математические методы теории управления для обработки результатов неразрушающего контроля и другой информации по объекту сварочных работ.

Во второй главе разработаны количественные показатели уровня качества, выполнены исследования по оценке возможности их применения к реальным дефектам.

В отдельных работах приводятся показатели качества сварных швов по доле брака, доле суммарной дефектности в процентах и относительной площади дефектов "g" на участке контроля. Применение таких показателей для условий монтажного производства затруднено по нескольким причинам. Во-первых, нет связи показателей с действующей нормативной документацией по оценке качества. Во- вторых, расчеты показателя относительной площади для кольцевых сварных соединений затруднены. Кроме того, "g" вуалирует выявление опасного дефекта типа сквозного свища, нарушающего плотность системы. По сравнению с протяженным неглубоким непроваром "g" свища меньше "g" непровара. Этот показатель не раскрывает истинного значения уровня брака по способам сварки, трубопроводам с однозначными диаметрами, толщинами, марками стали, монтажным подразделениям и другим особенностям. Для оценки дефектов в сварочном шве на участке контроля, их частоты, типа и длины нами предложен показатель протяженности L. Для оценки количества ( Еединиц) дефектов шва на участке контроля нами предложен показатель Д. Длина "1", ширина "В" и высота "h" дефекта являются одним из характеристических размеров, которая оговаривается многими техническими условиями. Показатели L и Д полностью описывают основные характеристические размеры дефектов. В соответствии с требованиями СНиП расчетные формулы устанавливают общую и недопустимую дефектность.

L¡o = ЕL¡0/Zп [мм/уч]; Lr6 = EL¡6/Zn [мм/уч], (4)

где £ п - контрольная выборка стыков (или участков стыка) !-й базовой совокупности; Z L¡o - протяженность всех дефектов i-вида i-совокупности в выборке Z n; X L¡6 - протяженность недопустимых дефектов в выборке X п;

L¡0, L¡6 - средняя протяженность дефектов на один стык или участок.

Дю = Z Дю / X п [шт/уч]; Д5 = ЕД6/Еп [шт/уч], (5)

где X Д0 - сумма всех дефектов i-вида ¡-совокупности в выборке 2 п;

X Дб - сумма недопустимых дефектов в выборке 2 п;

Дю, Д>б - среднее количество дефектов на один стык или участок.

Предложенные показатели универсальны. Как установлено исследованиями, они позволяют объективно оценить состояние технологического процесса производства и уровень качества сварного соединения по результатам

неразрушающих методов контроля (НМК), обладают сравнимостью. Например, можно сравнивать по аналогичным БС показатели по объектам сварки, монтажным организациям, технологиям. Для оценки структуры дефектности и их соотношений в целом по базовой совокупности стыков, установления базового уровня качества введен комплексный показатель, включающий частные показатели по общей и недопустимой дефектности и по видам дефектов: / Ь0, и, До, Дб /. Используя информацию по Ь или Д или совместно за определенный цикл контроля (неделя, месяц и т.д.), появляется возможность характеризовать состояние сварочного производства, его процессов и условий сварки. Численное выражение показателя и его структура названы нами статистической формулой дефектности базовой совокупности стыков (ФД БС). Общее выражение ФД БС имеет вид:

^О) До 16, Да

= Щхс,хб) + Ш(у0,у6) + Н(2о,гб)+ ..., (6)

где П, Ш, Н - дефекты (поры, шлаковые включения, непровары и т.д.); х0, у0. 2о и х6, у6, - общее и недопустимое количество и протяженность дефектов. Формула дефектности несет важную информацию о потоке дефектности и состоянии БС в конкретных условиях объекта сварки. Для каждого завода, строительно-монтажной организации коэффициенты формулы (для однородных БС) различны из-за различия технического уровня, производственных факторов и условий. Это обстоятельство позволяет оценивать поток дефектности и уровень брака между различными организациями и определять пути совершенствования технологических процессов и повышения качества сварки.

Для сравнения обьема забракованных участков по каждой однородно? БС разработан показатель альтернативной оценки, выраженный в процентах ь общему обьему контроля - Бшс- Показателем Б^с оценивают процент забракованных участков сварного шва (1т) в выборке стыков (1п) ¡-й БС:

БiБc= 1т/1п х 100 [%] (7;

Проведен корреляционный и регрессионный анализ дефектности и /ии всех БС установлены пары показателей Д, и (Дб, Ь0, Ь6, Б); Дб и (Ь0, Ь6, Б); Ь01 (Ьб, Б); Ьб и (Б) с высоким коэффициентом корреляции, что позволяет по од ному показателю дефектности определять закономерности изменения другю показателей или путем сравнения с текущими результатами находить причи ны их изменений. Впервые в практике сварочно-монтажных работ выполнень исследования и анализ дефектности по показателям Ь, Д, Б для основных базо вых совокупностей. В каждой совокупности определяли как общее, так и не допустимое число дефектов каждого типа на участке контроля, их соотноше ние и другие характеристики. Исследования показали, что основная масса де

фектов, свыше 80%, приходится на поры, шлаковые включения, непровары и их сочетания. Установлены оптимальные области применения количественных показателей качества Ц Д. Так, в сварных швах длиной до 300 мм чаще всего, до 95%, возникают объемные дефекты (поры, шлаки и их сочетания), а образующиеся плоскостные дефекты (непровары, подрезы) имеют протяженность 3-4 мм, близкую к объемным дефектам. И вполне правомерно качество швов таких соединений оценивать числом дефектов Д. В сварных швах протяженностью более 500 мм наиболее вероятная длина плоскостных дефектов составляет от 20 до 200 мм. В этом случае оценка по числу дефектов является необъективной и малоинформативной. Поэтому здесь целесообразно использовать показатель Ь. Для соединений металлоконструкций длиной сварного шва от 300 до 500 мм и при неотлаженной технологии используют Ь и Д одновременно. В результате исследования на основании предельного закона больших чисел показано, что выборка от конкретной генеральной совокупности (БС) является представительной и составляет 10-25 стыков (участков) для показателей Ь и Д. Для показателя Б объем выборки должен превышать 100 стыков (участков), поэтому он может использоваться как сигнальный или в условиях массового сварочного производства с ежедневным объемом сварки не менее 200 стыков конкретной БС.

В третьей главе исследуются производственные факторы и их связь с дефектностью на объектах сварочных работ, рассчитываются границы регулирования дефектности по базовым совокупностям стыков, даются методические рекомендации по совершенствованию сварочно-монтажных работ.

Изучение факторов производства, влияющих на. стабильность технологических процессов, выполняли в течение 1988-1997 гг. на большом количестве объектов с контролем около 50 тысяч участков сварных соединений различных типоразмеров. Обычно причины возникновения дефектов трактуются в общем случае исходя из особенностей металлургических и тепловых процессов, а также особенностей формирования шва, связанного с режимом сварки и материалами. Однако эти причины, как правило, не учитывают конкретные особенности и условия сварочных работ для отдельной генеральной совокупности, поэтому нами были проведены исследования по определению причин, учитывающих специфику работ, т.е. установление связей в цепочке «фактор-причина-дефект» (Ф - П — Д). Изучая конкретный технологический процесс и его режимы, установлена зависимость качества заключительной операции -сварки от определенных производственных факторов, влияющих на процесс. Установлено, что при проведении сварочных работ на строительном объекте действует большое число различных факторов (табл.1). Из этих факторов необходимо было установить, какие из них являются доминирующими в образовании дефектности. Каждый фактор представляет собой определенное состояние материалов, оборудования, исполнителей, условий и т.д., учитываемых конкретными параметрами для конкретной генеральной совокупности. Назовем эти параметры факторными параметрами. Например, фактор "сварочные материалы" имеет по крайней мере шесть установленных параметров по электродам У ОНИ 13/45: внешний вид (наличие трещин, вмятин, отколов), проч-

ность обмазки, наличие эксцентричности обмазки, состояние поверхности электродного стержня, влажность обмазки, сварочно-технологические свойства электродов. Факторные параметры, удовлетворяющие требованиям технических условий (ТУ) и обеспечивающие ведение операции сварки с минимальным образованием дефектности, назовем положительными. Например, входной контроль качества электродов дал положительные результаты. Электроды на объекте просушиваются и прокаливаются.

Таблица 1

Влияние основных производственных факторов на качество сварки

№ пп Факторы Вероятность связи Значимый фактор Зн=(Д-Ф)п/(Д-Ф)у

1. Квалификация исполнителей 0.172 0.94

2. Подготовка и сборка 0.202 0.95

3. Сварочный процесс 0.184 0.94

4. Сварочные материалы 0.168 0.96

5. Сварочное и вспомогательное оборудование 0.151 0.97

6. Нарушение ритма работ 0.027 0.48

7. Квалификация ИТР 0.004 0.26

8. Дефектоскопический контроль 0.021 0.43

9. Организация работ 0.019 0.45

10. Термообработка 0.009 0.14

11. Условия сварки 0.032 0.45

12. Время года 0.011 0.31

Сварщик на объекте имеет герметичный пенал для сохранности электродов от увлажнения и выполняет сварку не отсыревшими электродами. Эксцентричность отсутствует. Дефекты, связанные со сварочно-технологическими свойствами и влажностью обмазки, отсутствуют. Все параметры фактора сварочных материалов - электродов УОНИ 13/45 - положительные. Это значит, что при сварке этими электродами образование дефектов за счет случайных отклонений будет минимальным. Факторные параметры, не удовлетворяющие требованиям ТУ и вызывающие появление систематической дефектности, назовем отрицательными. Например, при выборке электродов, имеющихся на объекте у сварщика, обнаружена эксцентричность обмазки. Электроды перед сваркой не прокаливались, при сварке обмазка электродов плавится неравномерно, образуются так называемые "козырьки", вызывающие появление пористости и частичный непроплав. Отрицательные факторные параметры, вызывающие систематическое появление дефектности при сварке, будем называть факторными причинами или просто причинами дефектов. Таким образом установлена зависимость состояния факторов от состояния его параметров. Из таблицы 1 видно, что ряд факторов имеют достаточно высокую вероятность по сравнению с другими и высокую значимость в образовании дефектности. По

этим факторам были проведены дополнительные эксперименты, подтвердившие полученные ранее выводы. На этом основании были приняты 5 важнейших факторов, которые названы нами доминирующими. Определен также их удельный вес в образовании дефектности (табл.2). Общая схема модели, по которой происходит установление причин появления дефектности в сварных швах и снижение ее уровня, выглядит следующим образом. При появлении дефектности (количества и размера дефектов) выше установленного уровня, определяются причины ее образования. После устранения обнаруженных причин, вновь производится определение уровня дефектности. Эта процедура выполняется до тех пор, пока уровень дефектности установится в пределах установленных границ. Определение дефектности производится по данным визуального, РГГ и УЗК контроля. В первом случае (до устранения причины) определяется связь конкретной причины с конкретными дефектами. Во втором случае (после устранения причины) - влияние данной причины на объем и " структуру -дефектности. Как показывают выполненные нами исследования, дефекты образуются в результате сочетания различных причин (нарушений), но всегда при какой- то одной - двух доминирующих причинах.

Таблица 2

Влияние доминирующих факторов на образование дефектности

№ Наименование фактора Колебания удель- Средний

фак- ного веса по.всем удельный

тора БС, % вес, %

1. Подготовка и сборка под сварку 28-34 29

2. Квалификация исполнителей 19-31 24

3. Сварочные материалы 14-26 19

4. Сварочные процессы 11-19 15

5. Сварочное оборудование 5-13 9

Сложность определения причин заключается в том, что при изменении какой-то одной причины в ряду причин дефект может переходить из одного состояния (типа) в другое, с другими формами и размерами. Поэтому изучение связей Ф - П - Д возможно не вообще, а конкретно для каждой БС в определенных, заранее известных условиях. На основании исследований связи "причина - дефект" установлена статистическая зависимость между доминирующими причинами и структурой дефектности. Для практических условий важно определить вероятность того, что данная структура дефектности представляет данную доминирующую причину и, как следствие, конкретный фактор технологического процесса сварки, т.е.

О < Р(ДП) < 1 или Р(ДП) = р

определяли на основании статистических данных НК по годовому циклу контроля :

где Е (ФаП) - число повторений причины; А - число практических подтверждений данной причины. Например, за 1996 год по фактору «сварочные материалы» - электроды УОНИ 13/45 выявлено 220 случаев некачественных электродов, из них подтвержденных - 190 случаев.

Р(ДП),= 190/220 =0.86

Анализ причин дефектности в цепочке Ф - П - Д проводили с использованием массивов истории качества БС за 1995-1996 г.г. Из отчетов операторов-дефектоскопистов, или экспертным путем устанавливали основные причины и дефектность, выявленную на участке контроля в момент действия указанной причины. Причины и дефектность систематизировали и обрабатывали на ПЭВМ. Анализ связей Ф - П - Д проводили для условий строительно-монтажных работ впервые. Поэтому первоначально определяли причины для каждого метода сварки: ручной дуговой, газовой, в среде СО2 и т.д. В дальнейшем, по мере накопления информации в базе данных ПЭВМ, анализ выполняли по каждой БС. Каждая доминирующая причина (ДП) по конкретной БС характеризуется числом ее повторений (частотой), суммой участков, забракованных по этой причине, суммой дефектов, генерируемых этой причиной, типом дефектов (поры, шлаки, непровары и т.д.), размерностью дефектов. Следовательно, каждую ДП можно характеризовать формулой дефектности:

где П, Ш, Н и т.д. - типы дефектов; Хб, У6, и т.д. - количество недопустимых по СНиП дефектов на участке контроля.

Из полученных результатов исследований вытекает важный вывод, что дефектность каждой ¡-й БС можно рассматривать как многопараметровый регулятор управления качеством, а цепочку "фактор - причина - дефект" (Ф-П-Д) - как управляющую по обратной связи. Установление причинно-следственных связей между ДП и структурой дефектности, образующейся под влиянием этих причин, позволяет совершенствовать технологические процессы и качество сварочно-монтажных работ по объектам. Для этого проведен расчет границ регулирования для БС показателям качества Ь, Д, определены верхние и нижние границы значений, в которых производится корректировка технологических процессов, разработаны карты предупредительного контроля с расчетными границами регулирования для БС.

В четвертой главе на базе математических моделей предлагаются методы совешиенствования технологических процессов сварочно-монтажного про-

Р(ДП) = (А / Е (Ф.П)) * 100% ,

(8)

[ДП] is Дб [ ПХб + ШУ6 + HZ6 + ...],

(9)

изводства. Выполнено технико-экономическое обоснование оптимального технического уровня и уровня качества, дается частный расчет экономической эффективности от внедрения системы.

Как показывает практика, оценка уровня качества, а тем более, его оптимизация для конкретного сварочного производства - важная, но труднорешае-мая проблема. Формирование качества происходит под действием доминирующих факторов, каждый из которых оказывает влияние в отдельности и во взаимосвязи с другими. Установить функциональные зависимости этих взаимосвязей является весьма сложной проблемой, поэтому задача решалась с помощью математического моделирования. Графоаналитическая модель технико-экономических процессов совершенствования параметров качества основывается на линеаризации взаимосвязи предел параметра - параметр качества, объединенных в понятие "сложность - затраты" и позволяет получить по сварочно-монтажному производству следующие количественные оценки: технического уровня (ТУ), уровня экономичности (УЭ), затрат (\У) на достижение заданной величины параметра качества (Р). Обобщенный ТУ0 - это совокупность технических уровней факторов качества, определяющих сварочное производство. Здесь мы рассматриваем только ТУ0, так как исследование факторных ТУ| представляет собой сложную и особую задачу, выходящую за рамки нашего исследования.

ТУ о = ¿(ТУ,к, + ... + ТУпк„) / к,,) / п , (10)

где п - количество факторов; к| - весовые коэффициенты факторов;

ко = Е к;/ п (11)

1=1

Математические модели оценок сложности Б и ТУ при разложении в ряды приводят к общепринятым моделям для оценок затрат и ТУ, когда влияние пределов еще не сказывается на росте затрат и насыщении параметра качества, а следовательно, и ТУ.

1+х х3 х5 х2п+*

Б = 0.51п(-) = х +-+-+...+-+..., (12)

1-х 3 5 2п+1

1 2 17

ТУ = Ш Б = х--х3+ — х5--х7 + ... (13)

3 15 315

В первом приближении затраты есть функция величины параметра, во втором - кубическая парабола - весьма характерный вид зависимости для оценки стоимости сложных систем. Для определения оптимального уровня качества необходимо выбрать единицу измерения параметра. Уровень качества мы из-

меряем в процентах. Тогда принципиальные пределы параметра легко определить. Принципиальный нижний предел - А =100% брака. Принципиальный верхний предел - В =0% брака. Очевидно, что все остальные параметры находятся в этих пределах. Пусть Р - рассчитываемый показатель качества, D -предельно допустимый или базовый показатель. Тогда справедливо неравенство: В< Р< D< А. Чтобы определить положение параметра Р на числовой оси в любой момент времени t, введем выражения:

А - Р А - D

Х( = —1- , х2 =-, Х|, х2* о (И)

Р - В D - В ;

где lim (х(, х2) + со, lim (хь х2) -> 0

р, d -> в р. d А

Отношение х|/х2 характеризует величину отклонения анализируемого (расчетного) уровня качества Р от базового (допустимого). В случаях, когда Р > D ясно, что анализируемый (расчетный) уровень качества, а следовательно, ТУ ниже базового, откуда следует, что ТУ < 0 и соответственно, если Р = D => ТУП = 0, Р < D => ТУ > 0. В данной работе рассматривается ТУ > 0, представляющий практический интерес.

х, IА-Р А - D S = 0.51п (-) => S = 0.5 In

х2 1 Р - В D - В

(15)

ТУ0 = Л Б = (ек - 1)/(е25 + 1) (16)

Оценка затрат на проведение работ по совершенствованию параметров качества производится с помощью линейной регрессии типа:

\У = к8 + \У6, (17)

Оценка технического уровня (ТУ) производится по разработанной нами шкале значений (табл.3). Указанная шкала применяется как для параметрических оценок, так и обобщенных оценок технического уровня, а так как оценки ТУ производятся относительно объективных теоретических пределов, позволяет получить оценку ТУ даже при отсутствии аналогов. При наличии данных о затратах в предшествующем (базовом) периоде и зная сложность, можно определить затраты, необходимые для требуемого уровня качества на планируемый период, т.е. найти оптимально возможный для конкретного объекта сварки уровень качества и ТУ0. Планируемые затраты на поддержание заданного уровня качества и ТУ обобщенного рассчитываются по формуле:

Wp = k6* Sp, k^We/Se,

(18)

Таблица 3

Шкала оценки значений технического уровня_

Показатель интервала Оценка ТУ Брак, Р%

0 - 0.09 Очень низкий >10

0.091 - 0.2 Низкий 9.9-8.1

0.21 - 0.36 Удовлетворительный 8.0-5.8

0.361 - 0.6 Хороший, соответствующий уровню СНГ 5.7-3.2

0.61 -0.8 Высокий ТУ, соответствующий мировому уровню 3.1 - 1.5

0.81 - 1.0 Очень высокий ТУ, не имеющий аналогов 1.4-0

где кб - базовый коэффициент, Бр - расчетная сложность производства, \¥б - затраты на производство в базовом периоде, Бе - сложность производства в базовом периоде. Затраты на новую разработку:

W = квБ,, (19)

где 8Н - сложность анализируемого производства. Зная базовые затраты, определяются дополнительные, необходимые для достижения расчетного ТУ и уровня качества как в анализируемом сварочном производстве в целом так и по конкретному его фактору. Рассчитанные необходимые затраты затем инвестируются в доминирующие производственные факторы согласно их весовым коэффициентам. Аналогично можно провести расчет по конкретному объекту, производству, доминирующему фактору и т.д., а также решать оптимизационные задачи по уровню качества, исходя из имеющихся в наличии средств.

Таким образом, разработана методология и принципы расчета оптимального значения входного (заданного) уровня качества и на этой основе получена инженерная формула определения рационального значения параметра фактора. Результаты работы внедрены в бывшем Минмонтажспецстрое БССР, Главминскстрое, ГППСО «Минскоблсельстрой» с экономическим эффектом 9 593 200 рублей в ценах на 1.03.2000г., а также при выполнении ряда хоздоговоров, направленных на создание системы методов и средств по обеспечению качества и совершенствованию технологических процессов сварочно-монтажного производства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработаны критерии группирования сварных конструкций в базовые совокупности и алгоритм формирования статистически однородной партии для монтажных условий в строительстве. Установлено, что группирование должно осуществляться по элементам производства, а единицей группировки является сварной стык (участок). Систематизация сварочно-монтажного производства позволяет обеспечивать требования международных стандартов ИСО-9000 и применять математические методы для анализа и оценки уровня качества как отдельного сварного соединения, производства, так и отрасли в целом [1,3].

2. Разработаны унифицированные количественные показатели качества Ь, Д и на их базе рассчитаны границы регулирования технологических процессов для основных совокупностей. Обоснована и предложена формула дефектности базовой совокупности, позволяющая оценивать состояние качества сварочного производства, его процессов и условий. Проведены исследования причинно-следственных связей формирования дефектности в сварных стыках, что впервые в сварочно-монтажном производстве позволило определять с вероятностью 75 — 85% доминирующие причины и их весовые коэффициенты в образовании дефектов [5,6].

3. 'Разработан алгоритм и программное обеспечение по компьютерной оценке качества сварных соединений с машинной выдачей заключения о качестве в соответствии с нормативно-технической документацией, что позволяет в 3-5 раз повысить оперативность и достоверность контроля [4].

4. Разработана и внедрена методика статистического регулирования и совершенствования технологических процессов по обратной связи "фактор-причина-дефект" с использованием современных компьютерных технологий. Установление причинности изменения показателя дефектности позволяет переходить к управлению качеством технологических процессов как на конкретном объекте, так и в отрасли в целом. В этом принципиальное отличие предложенной методики от известных в настоящее время [4,5].

5. Разработана математическая модель и инженерные формулы для оценки и прогнозирования технического уровня и оптимального уровня качества на реальном объекте сварочных работ в зависимости от капиталовложений. Методика дает возможность в новых рыночных условиях оценить конкурентоспособность конкретной технологии, производства и организации в целом [1,6,7].

6. За счет предупредительных мер, оперативного регулирования и стабилизации технологических процессов, оптимальных управляющих решений на объектах достигнуто снижение брака с 10-30% до 5-7%. При этом трудозатраты на сварочные работы уменьшаются в 1.5-2.0 раза. Экономия сварочных материалов составляет 10-20%, энергоресурсов - 15-20%. Условия использования математического аппарата, системы методов и средств позволяют осуществлять как значительное снижение уровня дефектности так и бездефектное изготовление продукции Результаты работы внедрены в бывшем Минмонтажспец-строе БССР, Главминскстрое, ГППСО «Минскоблсельстрой» с экономическим эффектом 9 593 200 рублей в ценах на 1.03.2000г., а также при выполнении ряда хоздоговоров, направленных на создание комплексной системы по обеспечению качества и совершенствованию технологических процессов сварочно-монтажного производства [1,2].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Денисов Л.С., Занковец П.В. Технический уровень, затраты на качество и достижение конкурентоспособности в сварочном производстве // Сварка и родственные технологии. - 1999. - № 2. - С. 73-76.

2. Денисов Л.С., Занковец П.В. Экономико-математическая модель управления и оптимизации качества сварочных работ // Весщ Акадэмп навук Беларусь Сер. 4нз,- тэхн. навук. - 1997. - №1. - С. 46-50.

3. Денисов Л.С., Занковец П.В. Управление качеством сварочных работ // Автоматическая сварка. - Киев: ИЭС им. Е.О.Патона. - 1996. - №12. - С. 26-31.

4. Денисов Л.С., Занковец П.В. Автоматизированное рабочее место (АРМ-Д) дефектоскописта сварных соединений // Создание ресурсосберегающих машин и технологий. Тез. докл. конф. - Могилев, 1996. - С.112.

5. Денисов Л.С., Занковец П.В. Расчет и оценка уровня качества сварочного производства // Создание ресурсосберегающих машин и технологий. Тез. докл. конф. - Могилев, 1996. - С.113.

6. Денисов Л.С., Занковец П.В. Автоматическая расшифровка дефектограмм // Создание ресурсосберегающих машин и технологий. Тез. докл. конф. -Могилев, 1996. С.114.

7. Денисов Л.С., Занковец П.В. Технический уровень, затраты на качество и достижение конкурентоспособности в сварочном производстве И Сварные конструкции. Тез. докл. межд. конф. - Киев, 2000. - С. 153-154.

РЭЗЮМЭ

ЗАНКАВЕЦ Павел Васшьев1ч

«Удасканаленне тэхналапчных працэсау 1 якасщ зварачна-мантажных работу будаушцтве матэматычным мадэл1раваннсм умоу аб'екта зварк! 1 аптым'пацыяй вытворчых фактарау»

Ключавыя сповы: зварачна-мантажная вытворчасць, узровень якасщ, ба-завая сукупнасць, паказчык якасщ, дэфектнасць, дамЫруючыя фактары, алга-рытм рэгулявання, эканом1ка-матэматычная мадэль.

Аб'ектам доследования з'яуляецца удасканаленне тэхналапчных працэсау 1 якасщ зварачна-мантажных работ з выкарыстаннем матэматычнага мадэ-лявання умоу аб'екта зварки 1 аптым1зацьп вытворчых фактарау у будаушцтве, Прадмет даследавання - зварачнае злучэнне 1 тэхналопя яго вырабу.

Мэтай работы з'яуляецца павышэнне якасщ прадукцьп зварачнай вы-творчасщ 1 распрацоука метадау 1 сродкау для ыравання тэхналапчным1 пра-цэсам'1. Прапануецца комплексная шстэма кантролю, анал1зу 1 рэгулявання зва-рачна-мантажнай вытворчасщ (рэальнага аб'екта, завода, галшы).

Праведзена астэматызацыя 1 распрацаваны алгарытм фармавання розна-характэрнай зварачна-мантажнай прадукцьп у базавыя сукупнасщ. На базе колькасных паказчыкау вымярэння якасщ зварачнага злучэння прапанавана формула дэфектнасщ базавай сукупнасщ, даючая магчымасць праводзщь ацэнку працэсау зварачнай вытворчасщ, яе стан I умовы.

Выканана даследаванне 1 разлш грап'щ рэгулявання тэхналапчных працэсау зварк1 па паказчыках якасщ, даны парады па вобласщ ¡х прымянення. 3 выкарыстаннем ПЭВМ праанал1заваны прычынна-следчыя сувяз1 фармавання дэфектнасщ, выяулены дамипруючыя фактары 1 вызначаны ¡х весавыя ка-эфщыенты, уплываючыя на з'яуленне дэфектау зварачнага злучэння. Прапана-ваны метадычныя рэкамендацьп па рэгуляванню тэхналапчных працэсау па зваротнай су вяз 1 "фактар-прычына-дэфект". Распрацавана аутаматызаванае працоунае месца дэфектаскатста (АПМ-Д). Прапанавана эканомжа-матэматычная мадэль разлуку 1 шжынерныя формулы ацэнк1 1 планавання аба-гульненага тэхшчнага узроуню I аптымальнага узроуню якасщ у залежнасщ ад выдаткау.

Выкарыстоуванне распрацаванай астэмы метадау 1 сродкау у вытворчасщ забяспечыла эканам1чны эфект у памеры 9 593 200 рублей у цэнах на 1.03.2000г. за кошт зшжэння браку з 10-30% да 5-7%, памяншэння працазатрат на зварачныя работы у 1.5-2.0 разы, эканомн зварачных матэрыялау на 10-20% 1 энэргарэсурсау на 15-20%.

РЕЗЮМЕ ЗАНКОВЕЦ Павел Васильевич «Совершенствование технологических процессов и качества сварочно-монтажных работ в строительстве математическим моделированием условий обьекта сварки и оптимизацией производственных факторов»

Ключевые слова: сварочно-монтажное производство, уровень качества, базовая совокупность, показатель качества, дефектность, доминирующие факторы, алгоритм регулирования, экономико-математическая модель.

Объектом исследования является совершенствование технологических процессов и качества сварочно-монтажных работ с использованием математического моделирования условий объекта сварки и оптимизации производственных факторов в строительстве. Предмет исследования - сварной стык и технология его изготовления.

Целью работы является повышение качества продукции сварочного производства и разработка методов и средств для управления технологическими процессами. Предлагается комплексная система контроля, анализа и регулирования качества сварочно-монтажного производства (реального объекта, организации, завода, отрасли).

Проведена систематизация и разработан алгоритм формирования разнохарактерной сварочно-монтажной продукции в базовые совокупности. На базе количественных показателей измерения качества сварного соединения предложена формула дефектности базовой совокупности, позволяющая оценивать процессы сварочного производства, его состояние и условия.

Выполнено исследование и расчеты границ регулирования технологических процессов сварки по показателям качества, даны рекомендации по области их применения.

С использованием ПЭВМ проанализированы причинно-следственные связи формирования дефектности, выявлены доминирующие факторы и определены их весовые коэффициенты в образовании дефектов сварного шва. Разработаны методические рекомендации по регулированию технологических процессов по обратной связи "фактор-причина-дефект". Создано автоматизированное рабочее место оператора-дефектоскописта (АРМ-Д). Предложена экономико-математическая модель расчета и инженерные формулы оценки и планирования технического уровня и оптимального уровня качества в зависимости от затрат.

Использование разработанной системы и методов в производстве обеспечило экономический эффект в размере 9 593 200 рублей в ценах на 1.03.2000г., за счет снижения брака с 10-30% до 5-7%, уменьшения трудозатрат на сварочные работы в 1.5-2.0 раза, экономии сварочных материалов на 10-20% и энергоресурсов на 15-20%.

SUMMARY

ZANKOVETS Pavel Wasiljewitsh

"Heat Process and Welding Work Quality Management Perfection in Construction by Mathematical Modelling of Strained Condition and Manufacturing Factors Optimization"

Key words: welding work, quality level, base assemblage, quality index, presence of defects, dominant factors, regulation algoritm, economic-mathematical model.

The object of research is the perfection technology process and quality of welding-montage using mathematic modeling object of welding and optimization industrial factors in construction. The subject of research is weld and it technology making.

Goal of the work is the aim of work is to improve welding work product quality and to develop heat Process management methods and components.

A comprehensive control, analisys and regulation system of Welding Work (for entity, organization, factory, industry) is proposed. Systematization has been made and algorithm of different welding production forming in datum sets has been developed. Base assemblage defects formula has been proposed on the base of quality measures of welded joint quality, that makes it possible to assess welding work process, its levels and condition. Research and boundary designs of Heat process management have been made in accordance with quality index, recommendations about the field of their application have been given. Cause and effect relations of defects forming have been analysed, dominant factors have been revealed, their weights in weld defects formation have been determined by the usage of computer. Methodic recommendations in Heat Process regulation by reverse connection "Factor-Reason-Defect" have been worked out. Automatized work place of operator -flaw defectionist has been developed. Economic-mathematical account model and engineering formula of assessment and planning of technique level depending on expenses have been proposed.

Utilizing the developing system and methods in manufacture provided economic effect of 9 593 200 BRB (prices of 1.03.2000), this figures at the expence of reduction spoilage from 10 - 30% to 5 - 7%, decrease work inputs to welding works in 1,5 - 2,0, saving welding materials in 10 - 20% and power resources in 15 -20%.