книги из ГПНТБ / Контроль качества продукции машиностроения учебное пособие

признака деталей из двух партий. При этом для каждой пар­ тии соблюдается максимально возможная идентичность усло­ вий обработки, а изучаемый фактор меняется. Путем такого анализа удается выявить и устранить целый ряд технологиче­ ских факторов, приводящих к нарушению точности процесса.

Так, при анализе точности обработки деталей, изготовляе­ мых на автоматах продольного точения, было замечено, что на одном и том же станке получаются детали с различной ве­ личиной рассеяния размеров (даже при одинаковой неодно­ родности диаметров прутка). Было сделано предположение, что на точность обработки влияет химический состав обраба­ тываемого материала. Для подтверждения этого отобрали прутки из автоматной стали с одинаковой неоднородностью размеров по длине прутка и провели анализ их химического состава и механических свойств (табл. 18).

Т а б л и ц а 18

стали с различным содержанием серы. Из рисунка видно, что детали, изготовленные из прутков с содержанием серы 0,16%, имеют в пять-шесть раз большее поле рассеяния размеров, чем из прутков с содержанием серы 0,22%.

Использование точечных диаграмм для оценки зависимо­ сти показателей качества продукции от различных факторов возможно только тогда, когда в условиях эксперимента все

111

факторы, кроме изучаемого, могут быть зафиксированы. Если эти условия не могут быть выполнены, используется диспер­ сионный и корреляционный анализы.

Рис. 22. Точечная диаграмма исследования нлииния содержания серы на точность обработки:

/ — при S = 0,16°/0 ; / / — при S = 0,22%

Заключительным этапом исследования точности и стабиль­ ности технологических процессов является оценка показателей точности и стабильности, рекомендуемых ГОСТ 16467—70. Рас­ смотрим эти показатели и методы их расчета.

1. Показатель рассеяния

I — коэффициент, зависящий от закона распределения па­ раметров;

s — среднее квадратическое отклонение параметров в вы­ борке.

Показатель КР характеризует степень соответствия поля рассеяния полю допуска. Если КР > 1, точность процесса не удовлетворяет требованиям технической документации. Такой технологический процесс выпускает большой процент дефект­ ной продукции и потому требует усовершенствования.

112

Если поле рассеяния определить как область значений при­ знака качества, соответствующую вероятности их появления, равной 0,9973, то оно может быть определено в соответствии с табл. 17, в которой для различных законов распределения погрешностей изготовления приведены формулы расчета поля рассеяния и краткие пояснения.

Знание значений lj, I/, I " (табл. 19) необходимо для оцен­ ки поля рассеяния в том случае, если в процессе производства происходит непрерывное смещение центра рассеяния размеров. Если суммарная выборка деталей состоит из ряда мгновенных выборок, взятых за межнастроечный период, то

где х„, Х\ — средние значения соответственно последней и пер­ вой мгновенных выборок;

s — выборочное среднее квадратическое отклонение суммарного распределения:

Здесь:

—дисперсия /-й мгновенной выборки;

х— среднее средних к выборок.

2.Показатель .уровня настройки

где Xji — заданный центр настройки;

х\ — среднее значение первой мгновенной выборки. Показатель Кп характеризует точность настройки оборудо­

вания в начальный после настройки период обработки.

Показатель Ям.с характеризует изменение рассеяния разме­ ров за межнастроечный период.

§21. Статистическое регулирование технологических процессов

Общие сведения о системах регулирования и основных эле­ ментах системы. Для изучения системы регулирования каче­ ства продукции вообще и статистического регулирования, в частности, воспользуемся основными понятиями, сложившими­ ся в теории регулирования.

Всякий процесс регулирования подразумевает наличие од­ ного или нескольких объектов регулирования и регулирующей ими системы. Совокупность нескольких регулируемых объек­ тов, объединенных единством цели регулирования, называется р е г у л и р у е м о й с и с т е м о й . Объектами регулирования в системах регулирования качества являются процессы, влия­ ющие на качество выпускаемой продукции и на эффектив­ ность ее эксплуатации. Совокупность средств, стремящихся обеспечить выполнение системой определенной цели, называет­

быть классифицированы следующим образом:

измерительное устройство или чувствительный элемент, вос­ принимающий изменения регулируемой переменной;

сравнивающее устройство, дающее на основании сравнения управляющего сигнала и сигнала обратной связи сигнал ошибки;

задающее устройство, преобразующее управляющее воз­ действие в сигнал, удобный для сравнения с регулируемой ве­ личиной;

сервомеханизм, часть регулятора, преобразующая сигнал ошибки в регулирующее воздействие; сервомеханизм состоит из усилительного и исполнительного устройств, вырабатываю­ щих регулирующее воздействие.

114

Если воздействие прикладывается к объекту регулирова­ ния, то система регулирования называется а в т о м а т и ч е ­ с ко й (рис. 23).

I ---------- ---------- I

|--------------------------- [

Рис. 23. Блок-схема системы автоматического регулиро­ вания:

/ — о б ъ е к т р е г у л и р о в а н и я ; 2 — ч у в с т в и т е л ь н ы й о р г а н ; 3 — п р е ­ о б р а з о в а т е л ь ; 4 — з а д а ю щ е е у с т р о й с т в о ; 5 — с е р в о м е х а н и з м ; 6 — у с и л и т е л ь м о щ н о с т и ; 7 — и с п о л н и т е л ь н ы й м е х а н и з м

Если регулирующее воздействие формируется на основа­ нии данных статистического контроля, то такую систему бу­ дем называть системой с т а т и с т и ч е с к о г о р е г у л и р о ­ в а н и я .

Системы регулирования состоят из отдельных устройств. Многочисленные и разнообразные по конструктивному оформ­ лению устройства можно разделить на небольшое число типо­ вых узлов, обладающих некоторыми общими свойствами. Кратко рассмотрим устройства, из которых состоят системы регулирования.

мый режим работы которых должен поддерживаться при по­ мощи регулирующих органов.

Р е г у л и р у ю щ и й о р г а н — устройство, с помощью ко­ торого в системе осуществляется изменение режима объекта. Регулирующие органы обычно конструируются как часть объ­ екта (настроечные ручки, вентили и т. д.).

Чувствительные или измерительные элементы регулятора предназначаются для точного преобразования регулируемых величин или возмущающих воздействий в сигналы управления, удобные для дальнейшего использования в процессе регулиро­ вания. Чаще всего значения регулируемых величин преобразу­ ются в пропорциональные электрические сигналы или в меха­ нические перемещения. В системах статистического регулиро­ вания в качестве чувствительных элементов (датчиков) ис­ пользуются статистические индикаторы (см. гл. VIII).

Устройство сравнения предназначено для измерения откло­ нений регулируемых величин от заданных значений. Чаще все­ го оно представляет собой простейшее арифметическое устрой­ ство, осуществляющее вычитание из измеренного чувствитель­ ным элементом значения регулируемой величины другой вели­ чины, принятой в данном регуляторе за опорную заданную ве­ личину. Заданное значение вырабатывается задающим устрой­ ством.

З а д а ю щ е е у с т р о й с т в о вырабатывает сигнал, про­ порциональный заданному значению регулируемой величины. Задающими устройствами могут быть счетно-решающие уст­ ройства, калиброванные сопротивления. При отсутствии авто­ матизации системы могут использоваться графики, чертежи, технические материалы, содержащие данные о требуемых па­ раметрах и показателях качества.

У с и л и т е л ь н ы е у с т р о й с т в а предназначаются для усиления мощности сигналов в регуляторах. Они управляют энергией, поступающей от постороннего источника энергии. В промышленности применяются электронные и электромаг­ нитные усилители, позволяющие использовать для действия ре­ гуляторов мощность электрической сети или батареи; гидрав­ лические золотники, управляющие энергией маслонапорных установок, пневматические усилители, использующие энергию сжатого газа и т. д.

И с п о л н и т е л ь н ы е у с т р о й с т в а осуществляют не­ посредственное воздействие на регулирующий орган. Испол­ нительные устройства, осуществляющие механическое переме­ щение регулирующего органа, называются исполнительными двигателями или сервомоторами.

В настоящее время в промышленность активно внедряется вычислительная техника. Все чаще системы статистического регулирования строятся с применением вычислительных ма­ шин, которые в таких системах осуществляют функции усили­ телей, задающего устройства, устройства сравнения, преобра­ зователей и регулирующего устройства.

Если в результате статистической обработки данных о контролируемом процессе в системе автоматически выраба­ тывается сигнал управления, воздействующий на исполнитель­ ный орган, то такая система является автоматической систе­ мой статистического регулирования. Примером такой системы является оптико-фотоэлектрический автоподналадчик к бес­ центровошлифовальным станкам. Автоподналадчик состоит из фотоэлектрического измерительного устройства, механизма для транспортировки детали на измерительную позицию и ав­ томатического вычислительного устройства. С помощью фото­ электрического измерительного устройства производится сбор

116

статистических данных, накапливание их, подсчет последова­ тельно поступающих сигналов от выборок контролируемой со­ вокупности. Сигнал на подналадку вырабатывается в том слу­ чае, если определенное число деталей выйдет за пределы ра­ бочего диапазона размеров (за подналадочный предел). В ка­ честве исполнительного органа применен механизм подачи шлифовального круга. В зависимости от состояния технологи­ ческого процесса шлифования автоматически меняется про­ грамма регулирования. Изменение заданной программы произ­ водится с помощью вычислительного устройства.

Задачи статистического регулирования технологических процессов. Для любых производственных и технологических процессов свойственны колебания двух видов: случайные, ко­ торые не могут быть устранены, и неслучайные (системати­ ческие), которые могут быть устранены либо сведены к мини­ муму. Предположим, что на многошпиндельном сверлильном станке производится обработка заготовок, отлитых из метал­ ла. Рабочий фиксирует заготовку в патроне, поворачивает ру­ коятку станка; после этого шестью сверлами просверливаются отверстия в обрабатываемой заготовке. Сверла находятся в ра­ бочем положении непродолжительное время, после чего пово­ ротом рукоятки рабочий возвращает их в исходное положение. В чем могут заключаться причины колебаний в данном при­ мере? Во-первых, материал, из которого отлиты заготовки, мо­ жет оказаться в различных заготовках недостаточно однород­ ным: некоторые заготовки могут быть более твердыми или бо­ лее пористыми, чем другие.

Качество материала может значительно изменяться по са­ мым разнообразным причинам. Потребность в сырье бывает столь неотложной, что иногда приобретается материал, не со­ ответствующий техническим требованиям; случается, что ра­ ботники отделов снабжения стремятся приобрести дешевый материал. Одной из причин низкого качества закупаемых ма­ териалов часто является недостаточная осведомленность по­ ставщиков о реальных нуждах потребителей.

Вторым источником случайных колебаний является обору­ дование. Любой производственный процесс, пусть даже совре­ менный и обладающий высокой точностью, характеризуется некоторыми колебаниями. Пределы этих колебаний называют­ ся естественными границами данного процесса. Этот естест­ венный диапазон изменений часто рассматривается как мера технических возможностей данного вида оборудования или производственного процесса в целом. От естественных границ следует отличать допустимые пределы отклонения, задаваемые чертежами или техническими условиями. Чаще всего такие пре­ делы задаются расчетным путем, иногда интуитивно. Иногда

117

устанавливаемые проектировщиками допуски не согласуются с техническими возможностями изготовления данного вида из­ делий. Попытки вогнать производственный процесс изготовле­ ния изделий в интервал, более тесный, чем естественные гра­ ницы, будут бесплодными. Если от процесса производства тре­ буются более высокие показатели качества, чем те, которые обеспечиваются имеющейся технологией, то следует выбрать один из двух вариантов: усовершенствовать имеющееся обору­ дование с целью обеспечения более высоких показателен точ­ ности или изменить требования к изделиям.

В рассматриваемом примере со сверлильными станками за­ дача усложняется из-за наличия нескольких сверл. Фактиче­ ски с помощью каждого сверла осуществляется обособленный производственный процесс — сверление одного отверстия. Если учесть, что качество обработанной заготовки характери­ зуется четырьмя показателями — глубиной, шириной, радиу­ сом и точностью обработки, то получается 24(6x4) величи­ ны, отклонения которых от номинала меняются случайным об­ разом.

Отделить случайное изменение от неслучайного, найти при­ чины колебаний и ликвидировать их — такова задача статисти­ ческого регулирования технологического процесса.

С т а т и с т и ч е с к о е р е г у л и р о в а н и е т е х н о л о г и ­ ч е с к о г о п р о ц е с с а (ГОСТ 15895—70) — это корректи­ ровка параметров технологического процесса в ходе производ­ ства с помощью выборочного контроля изготавливаемой про­ дукции для технологического обеспечения требуемого каче­ ства и предупреждения брака.

Внедрению статистических методов регулирования должна предшествовать работа по проведению статистического анали­ за технологических процессов. По результатам анализа опре­ деляются показатели точности и стабильности технологиче­ ского процесса, устанавливаются статистические и технические пределы регулирования, выбираются показатели качества, под­ лежащие регулированию. Затем технологами выбираются ме­ тоды статистического регулирования.

Методы статистического регулирования технологических процессов. Широкое применение находят методы, связанные с использованием контрольных карт и методы оптимального управления случайными процессами '.

В настоящее время большое распространение получил ме-

1 Методы оптимального управления случайного процесса, как правило, предполагают применение совершенной вычислительной техники и наличие высококвалифицированных научно-технических кадров. Описание этих ме­ тодов выходит за рамки настоящего пособия.

118

тод с использованием контрольных карт, так как карты пред­ ставляют наиболее простое техническое средство регулирова­ ния. Ведение контрольных карт на предприятиях осуществ­ ляется либо «вручную», либо с помощью разнообразных меха­ нических и электронных приборов и устройств, предназначен­ ных для механизации и автоматизации статистических расче­ тов.

В нашей стране накоплен большой опыт по статистическо­ му регулированию технологических процессов с помощью конт­ рольных карт. На заводе им. Лихачева внедрение статистиче­ ского регулирования началось с 1943 г., на Горьковском авто­ заводе — с 1950 г.

Широкое применение статистических методов регулирова­ ния с помощью контрольных карт привело к их стандартиза­ ции. В Советском Союзе разработаны и утверждены два стан­ дарта на методы статистического регулирования: ГОСТ

15893—70 и ГОСТ 15894—70.

Контрольные карты служат для наглядного отображения протекания процесса и своевременного распознавания неслу­ чайных отклонений или нарушений процесса. Контрольные карты позволяют обслуживающему персоналу предотвратить дальнейшее появление продукции, не отвечающей заданным показателям качества. Следует помнить, что статистическое ре­ гулирование — не автоматическое. Контрольная карта не за­ меняет мастера или техника; она показывает, что в процессе имеется нарушение. Контрольная карта не указывает, какова причина этого нарушения. Задача мастера — определить при­ чину нарушения и устранить ее. Правильное применение контрольной карты повышает эффективность и производитель­ ность труда.

В соответствии с ГОСТ 15895—70 контрольная карта — это карта для графического отображения изменения уровня наст­ ройки и точности процесса, в которую заносят значения стати­ стических характеристик очередных выборок или проб и фик­ сируют технологические параметры или режимы. Чаще всего контрольная карта строится на бланке с сеткой из тонких вер­ тикальных и горизонтальных линий. По вертикали отмечают значения величины показателя качества, а по горизонтали — дату, смену, порядковые номера выборок или проб и время.

В самом общем случае на диаграмму наносят (рис. 24): горизонтальные линии пределов технического допуска

(верхнего — и нижнего — Гн) ;

по две штриховые линии сверху и снизу, являющиеся гра­ ницами регулирования значений показателя качества (Рв — верхняя и Рв — нижняя граница регулирования);

119

сплошную жирную линию Ср — средний уровень качества. Каждое отмечаемое на контрольной карте крестиком или цветным кружочком значение показателя качества оценивает­ ся, находится ли оно в ограниченной области около средней

линии, и сравнивается с ранее появлявшимися значениями.

пк

При построении контрольных карт следует придерживаться следующих рекомендаций:

желательно, чтобы контрольная карта была длинной и уз­ кой (длина должна быть в несколько раз больше ширины);

точки, выходящие за границы регулирования, должны быть отмечены короткими стрелками;

карта должна быть снабжена примечаниями, поясняющими меры, которые принимались в разное время.

При наблюдении за стабильным технологическим процес­ сом в течение некоторого промежутка времени с помощью контрольной карты можно определить статистические распре­ деления показателей качества, присущие этому процессу. Если нет влияния особых погрешностей, то с возрастанием количе­ ства измеренных значений это распределение будет все более приближаться к нормальному.

Напомним, что при нормальном распределении в диапазоне

значений, ограниченных л'+ гСх и х—/Ts (см. гл. IV), находится некоторая доля значений, определенная статистической надеж­

ностью у. Образованные таким образом верхняя Рв = х + /Тх и

нижняя Рц = х— s границы называются границами регулиро­ вания

1 В переводной литературе чаще можно встретиться с терминами «кон­ трольные линии», «верхняя контрольная линия», «нижняя контрольная ли­ ния». По ГОСТ 15895—70 правильным термином является «граница регу­ лирования».

120