Контроль точности и стабильности технологических процессов

Точность технологического процесса (или отдельных его операций, переходов) – это степень соответствия результатов его исполнения установленным требованиям.

Стабильность (устойчивость, надежность) технологического процесса (или отдельных его операций, переходов) – это свойство сохранять точность признаков качества при протекании процесса без остановки в течение некоторого времени.

Технологический процесс непосредственно обеспечивает качество продукции, поэтому управление технологическим процессом путем анализа и регулирования его точности и стабильности – весьма эффективный путь управления качеством продукции.

Задачами контроля точности и стабильности технологического процесса являются:

• предупреждение изготовления продукции ненадлежащего качества;

• получение информации, необходимой для организации статистического регулирования и контроля качества продукции;

• оценка фактических точности продукции и стабильности технологического процесса;

• определение соответствия точности характеристик оборудования и параметров его настройки нормам, установленным в НТД.

Анализ результатов контроля точности технологических процессов позволяет выявить факторы, приводящие к его нарушению; установить значимость влияния каждого из факторов; рассчитать границы регулирования параметров технологического процесса.

Объектами контроля точности являются все элементы технологического процесса: продукция на различных стадиях ее изготовления; оборудование и оснастка, используемые при изготовлении продукции; деятельность работников, участвующих в технологическом процессе.

Контроль точности технологических процессов проводится на стадиях технологической подготовки производства и серийного выпуска изделий. Проверки могут быть систематическими (плановыми) и специальными. Систематические проводятся по графикам, утвержденным руководителем или главным инженером предприятия, по планам проверок различных внешних инспекций, в том числе государственных, органов по сертификации и др. Специальные – в случаях внедрения новых технологических процессов, их изменения или совершенствования; запуска в производство новой продукции; ввода нового, замены и модернизации действующего оборудования или оснастки; проведения среднего или капитального ремонта технологического оборудования; сертификации продукции; государственного надзора или ведомственного контроля качества выпускаемой продукции; проведения плановой периодической проверки технологического процесса; по требованию заказчика или указанию вышестоящих органов.

Проведение систематических и специальных проверок осуществляется по разработанному плану, в котором ставится цель и определяется задача контроля, устанавливается вид продукции, указывается продолжительность процесса изготовления, объем производства, характеристики технического уровня, состояния оборудования и оснастки; данные о квалификации работников и соблюдении ими технологической дисциплины; определяется комплект технологической документации, фиксируются нормы точности и стабильности параметров изделий, подлежащих контролю; записываются точностные характеристики методов и средств контроля, используемых при проверке точности процессов, результаты предыдущих проверок точности; приводится схема или модель функциональной взаимосвязи характеристик изделия и его частей с параметрами процесса производства этого изделия с указанием значимости влияния отдельных параметров на показатели качества изделия.

Продукция для проведения контроля точности технологических процессов представляется следующими способами: «ряд», «россыпь» или «поток».

По способу «ряд» продукция, поступающая на контроль, упорядочена. Ее единицы могут быть пронумерованы сплошной нумерацией, например 0, 1, 2… п. Изделия, отмеченные любым номером, достаточно легко отыскать при необходимости. Количество единиц продукции, поступающей на контроль, ограничено. Примером могут служить электродвигатели, предохранительные клапаны, турбины, автомобили, станки и т. д.

По способу «россыпь» единицы продукции, поступающие на контроль, не упорядочены, их почти невозможно пронумеровать, отыскать какую‑либо определенную единицу. Количество единиц, поступающих на контроль, велико. Примерами продукции, поступающей на контроль способом «россыпь», могут служить резисторы, лампы, винты, гайки, шайбы и т. д.

По способу «поток» единицы продукции поступают на контроль непрерывным потоком одновременно с выпуском продукции. Количество единиц продукции, поступающей на контроль, велико. Единицы продукции упорядочены, можно легко отыскать каждую вторую, пятую и т. д. Примером продукции, поступающей на контроль способом «поток», могут служить изделия, изготовляемые на станках‑автоматах и конвейерах.

В зависимости от способа представления продукции на контроль, для отбора единиц продукции в выборку используют методы: случайного отбора; наибольшей объективности; систематического отбора. Выборки, извлекаемые из контролируемой генеральной совокупности, в свою очередь, разбиваются на простые и расслоенные в соответствии с ГОСТ 18321‑73. Измерение параметров деталей проводят измерительными средствами с ценой деления шкалы не более 1/6 технического поля допуска измеряемой величины.

При статистической оценке точности и стабильности технологических процессов механической обработки деталей объектами контроля являются обычно показатели точности деталей.

Основными показателями точности технологической системы (ТС), согласно ГОСТ 27.202‑83 [3], являются следующие.

1. Коэффициент точности:

где ω – поле рассеяния или разность максимального и минимального значений контролируемого параметра за установленную наработку ТС, определяемые с доверительной вероятностью γ по выражению:

ω = l(γ)S, (3.2)

где l(γ) – коэффициент, зависящий от закона распределения контролируемого параметра и величины у. Значения l(γ) для различных законов распределения контролируемого параметра, величины γ и объема выборки приведены в [3, 4]; S– среднее квадратичное отклонение контролируемого параметра; Т– допуск на контролируемый параметр.

2. Коэффициент мгновенного рассеяния (по контролируемому параметру):

где ω(t) – поле рассеяния контролируемого параметра в момент времени t.

3. Коэффициент смещения контролируемого параметра:

где Δ(t) – среднее значение отклонения контролируемого параметра относительно середины поля допуска в момент времени t:

Δ(t) = |x(t)– x₀|, (3.5)

где x(t)– среднее значение контролируемого параметра; x₀ – значение параметра, соответствующее середине поля допуска (при симметричном поле допуска значение x₀ совпадает с номинальным значением параметра х_ном).

4. Коэффициент запаса точности по контролируемому параметру:

K(t)= 0,5 – K_c(t)‑0,5K_p(t). (3.6)

Согласно [3] технологический процесс имеет требуемую точность при соблюдении условий:

где К_то – нормативное (предельное, технически обоснованное) значение К_т.

В ряде работ [5] для характеристики точности технологического процесса (операции, перехода) применяют также такие показатели, как коэффициент точности

и суммарная вероятная доля брака q(в процентах).

В последние годы в отечественной и зарубежной технической литературе [6] и НТД [7] широко используются такие показатели точности технологических процессов, как индексы воспроизводимости C_p и настроенности (работоспособности, налаженности) C_pk процессов. Эти показатели близки по смыслу к значениям Т_п и К_с.

Для процесса, в котором качество изделия определяется одним показателем, имеющим нормальное распределение при условии, что его среднее значение находится в середине поля допуска, индекс воспроизводимости определяется по формуле:

где ВГД, НГД – верхняя и нижняя границы поля допуска; δ – среднее квадратичное отклонение показателя качества в технологическом процессе.

В этих условиях при C_p =1 вероятность брака теоретически составляет 0,27 %. В ГОСТ Р 50779.42–99 рекомендуется в качестве минимально приемлемого значения C_p = 1,33 (при этом [8] брак составит 63 изделия на миллион – 63 ррт[9]. При C_p = 1,67 брак составит 6 ррт, а при C_p = 2, когда поле допуска вдвое шире диапазона рассеяния технологического процесса, – 2 дефектных изделия на миллиард.

В требованиях к поставщикам автомобильной промышленности в соответствии с МС ISO ТУ 16949:2000 [9] записаны допустимые значения C_p = 1,33‑1,67. Фирма Motorola, применяя принцип «Шесть сигм», выдвинула требование достичь C_p = 2.

При одностороннем допуске вместо формулы (3.8) используют соответственно верхний или нижний индексы воспроизводимости:

где x– средний уровень настройки процесса.

Индекс воспроизводимости C_p (3.8) предполагает точное центрирование процесса – совпадение xс целевым уровнем μ (серединой поля допуска)[10].

Для учета расхождения между этими характеристиками вводится индекс центрированности:

При точном центрировании К=0, при совпадении среднего уровня настройки процесса с одной из границ поля допуска К=1.

Значения индекса работоспособности процесса (его называют также индексом настроенности или налаженности) не превышают значения индекса воспроизводимости:

C_pk = С_pu(1 – К). (3.12)

Индекс работоспособности может быть записан в виде:

C_pk= min(С_pu Cре). (3.13)

Иногда используются и другие варианты индексов воспроизводимости и работоспособности [8].

Оценка стабильности технологического процесса производится по результатам измерений показателей качества продукции в мгновенных выборках.

Нестабильность технологического процесса может проявиться в существенном изменении дисперсии мгновенного распределения контролируемого параметра S_i² и его среднего арифметического x.за межнастроечный период. Для проверки наличия указанных изменений и оценки их достоверности применяют ряд показателей и различные методы проверки их значимости [4].

Основными показателями стабильности технологического процесса являются:

• коэффициент межнастроечной стабильности, характеризующий изменение рассеяния размеров деталей в течение межнастроечного периода:

где S_p S_m – средние квадратичные отклонения контролируемого параметра соответственно в первой и последней мгновенных выборках;

• коэффициент смещения центра поля рассеяния, обусловленного влиянием переменных систематических погрешностей обработки:

где х_i, х_т– средние значения контролируемого параметра в первой после предыдущей настройки и последней перед новой настройкой мгновенных выборках.

Оценка существенности расхождения между S_i² и S_т²производится с помощью F‑критерия Фишера, оценка достоверности значения К_ц – с помощью t‑критерия Стьюдента [4].

Точность детали после определенной операции и особенно в конце технологического процесса (готовой детали) характеризуется обычно рядом параметров.

Допускается оценка точности технологического процесса по трем показателям: наихудшему показателю точности одного из параметров из общей совокупности; показателю точности одного из параметров, в наибольшей степени влияющего на эксплуатационные характеристики изделия в целом; усредненному показателю точности, определяемому отношением суммы показателей точности:

к их количеству n:

Контроль точности проводится, как правило, по параметрам, оказывающим решающее влияние на функциональные показатели продукции в целом и определяющим нормальный ход технологического процесса.

Контроль точности технологических процессов при использовании предельных средств контроля – калибров, шаблонов и др. – должен проводиться по количеству дефектных изделий в выборке.