WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В первой главе проводится исследование современного состояния управления качеством продукции применительно к технологии высокоскоростного затвердевания расплава. Проводится анализ отечественного и зарубежного опыта использования статистических методов для решения вопросов менеджмента качества. Данной проблеме посвящены труды Адлера Ю.П., Аронова И.З., Барвинка В.А., Бойцова Б.В., Васильева В.А., Версана В.Г., Ефимова В.В., Илларионова О.И., Клячкина В.Н., Круглова В.И., Панкиной Г.В., Розно М.И., Чекмарева А.Н., Шора Я.Б., Шпера В.Л., В.Шухарта, Э. Деминга, К.Исикавы, Дж.Джурана и многих других. Рассматриваются подходы к проведению оценки точности и стабильности технологического процесса, приведены показатели, используемые для анализа его уровня, такие как индексы возможности и воспроизводимости процесса, коэффициенты точности, настроенности и стабильности. Приведены рекомендации по оценке доли годной и несоответствующей продукции в зависимости от параметров распределения значений показателей качества. Рассматривается возможность использования для управления технологическим процессом графических методов, методов анализа статистических совокупностей и экономико-математических методов.

В работе исследуется технологический процесс высокоскоростного затвердевания расплава для получения металлического волокна. Рассматриваются преимущества данной продукции для создания современных фильтрующих элементов в автомобильном транспорте. Анализируются различные варианты технологий получения волокна, в том числе, и наиболее перспективный - экстракция волокна из капли расплава, главным недостатком которого сегодня является нестабильность, и соответственно, неоднородность продукции на выходе, а также отсутствие адекватного статистического инструмента управления сложным многофакторным процессом.

Во второй главе рассмотрены вопросы разработки методических основ управления качеством в процессе высокоскоростного затвердевания расплава, и в частности, формирования металлического волокна методом экстракции висящей капли расплава с акцентированием внимания на обеспечение статистической стабильности условий и результатов. На основе выполненных исследований сформирована совокупность причинно-следственных факторов, играющих основную роль при реализации заданных геометрических параметров металлического волокна, влияющих на механические и физико-химические свойства формируемой продукции, и соответственно, оказывающих непосредственное влияние на статистическую устойчивость рассматриваемого технологического процесса.

Проведенный анализ современных подходов реализации высокоскоростного затвердевания, заключающийся в сверхбыстром понижении температуры расплавленного материала (со скоростью порядка 103-106 К/с) привел к формированию единого набора первичных и вторичных воздействующих факторов, характерного для отдельных вариантов данной технологии. Кроме того, были учтены и особенности, связанные со способом подачи расплава к диску-кристаллизатору. В случае реализации схемы ЭВКР таковой является использование вертикально расположенного расплавляемого стержня над диском-кристаллизатором. Это приводит к необходимости учитывать размеры расплавленной капли и условия ее подачи. Следует указать на возможность получать таким образом волокно размером менее 100мкм. Анализ продемонстрировал, что качество продукции в этом случае в первую очередь задается совокупностью геометрических параметров сечения волокна, а также их стабильностью, что в конечном итоге определяет возможность эффективного применения фильтрующих элементов на их основе (Рис.1):

Рис. 1. Основные геометрические параметры металлического волокна, где h - максимальная толщина волокна, - величина средней хорды (средняя толщина волокна), dэкв - эквивалентный диаметр, b - ширина волокна, bд - ширина поверхности контакта расплава с диском, hд- глубина погружения диска в расплав, - контактный угол взаимодействия диска и расплава.

В основу разработанной методики заложена модель высокоскоростного затвердевания расплава, единая для различных модификаций реализации данной технологии и включающая в себя следующие три основные стадии:

1 - охлаждение расплава от начальной температуры (температура перегрева) до температуры затвердевания и затвердевание расплава на поверхности диска и рост затвердевшего слоя;

2 - охлаждение частично или полностью затвердевшего металла на диске после выхода из расплава;

3 - охлаждение материала, отделившегося от диска.

Выполненный анализ причинно-следственных факторов показал, что в случае реализации метода ЭВКР следует акцентировать внимание, прежде всего, на первой стадии, обеспечивающей геометрические параметры, в отличие от варианта с нижней подачей металла, имеющего сравнительно сложную схему охлаждения материала после выхода из расплава, включая обратный возврат части расплава в ванну. Следует учитывать условия первоначального охлаждения расплава от начальной температуры до температуры затвердевания, которая за счет кинетического переохлаждения ниже температуры плавления, и следующего затем роста твердой фазы на поверхности диска-кристаллизатора.

В результате проведенного анализа выявлены основные воздействующие факторы. В первую очередь ширина продукции зависит от подачи расплава и формы рабочей кромки диска-кристаллизатора. На толщину наибольшее влияние оказывают такие взаимосвязанные параметры как время и протяженность контакта, на которые, в свою очередь, влияют размер капли расплава и скорость вращения диска-кристаллизатора. Скорость также определяет шероховатость волокна, играющую существенную роль для свойств пористых проницаемых материалов. Выявлено, что при постоянном значении ширины волокна, обусловленной постоянством скорости подачи расплава, уменьшение скорости вращения диска приведет к увеличению толщины волокна. Исследования также показали, что при постоянной скорости вращения диска, уменьшение скорости подачи расплава приведет к уменьшению ширины волокна. Регулируя, таким образом, соотношение скорости подачи расплава и скорости вращения диска при реализации ЭВКР можно получать волокна эквивалентным диаметром от 20 до100 мкм. На рис.2 представлены выявленные факторы, оказывающие воздействие на качество продукции во время первой стадии высокоскоростного затвердевания.

Для получения продукции в промышленных масштабах предложена модель проведения анализа и управления качеством технологического процесса включающая в себя следующие элементы:

1. Сбор статистических данных о качестве процесса, включая выбор показателей и планирование контроля, первичная обработка и исключение резко выделяющихся значений;

Рис.2. Воздействующие факторы на первой стадии ВЗР.

2. Построение вариационного ряда, начиная с выбора типа ряда и включая группировку данных, расчет статистических показателей, непосредственное построение и первичная оценка стабильности процесса.

3. Аппроксимация закона распределения экспериментальных данных на основе проверки статистической гипотезы о характере распределения данных;

4. Проведение многофакторного корреляционно-регрессионного анализа с целью выявления дестабилизирующих факторов и выбора направления улучшения;

5. Анализ наличия трендов у показателей качества предназначен как специфичный инструмент для оценки процесса высокоскоростного затвердевания расплава и, связанным с ним, относительно быстрым изменением воздействующих факторов;

6. Оценка возможностей и стабильности процесса, включая многовариантный выбор контрольных карт;

7. Проведение улучшения процесса.

Третья глава посвящена разработке методики статистического анализа и управления качеством процесса высокоскоростного затвердевания расплава. На рис.3 представлен ее алгоритм.

В результате проведенных исследований сформированы группы показателей качества, действующие на первых двух стадиях технологического процесса и оказывающие влияние на величину и стабильность геометрических параметров металлического волокна. Предлагается циклическое использование методики с целью последовательного улучшения, начиная с факторов, обеспечивающих гидродинамические и тепловые условия высокоскоростного затвердевания.

Сбор статистических данных предполагает составление плана контроля, включающего в себя определение целей наблюдения, разработку программы наблюдения, установление способов, формы и видов сбора, обучение персонала. Наблюдение за геометрическими параметрами волокна, учитывая размеры их сечения на уровне 10-100 мкм, предполагается обрабатывать в автоматическом режиме. Предварительная обработка данных предполагает исключение резко выделяющихся значений из совокупности полученных данных.

Рис.3 Алгоритм методики статистического анализа и управления качеством процесса ВЗР.

Рис.3 Алгоритм методики статистического анализа и управления качеством процесса ВЗР (продолжение).

Предполагается использование критериев Стьюдента (t), Ирвина () или Смирнова-Грэбсса (Vp). Предлагаются рекомендации по выбору критериев оценки.

Проведение работ по построению вариационного ряда связано с использованием метода описательной статистики и включает выбор типа статистической группировки. Определение статистических характеристик предполагает:

а) вычисление центра распределения вариационного ряда – различные варианты среднеарифметического значения, моды Мо и медианны Ме в зависимости от типа группировки;

б) определение абсолютных и относительных показателей вариации – размаха R и среднего квадратического отклонения или дисперсии D, коэффициента вариации ;

в) определение показателей формы распределения – коэффициентов асимметрии As и эксцесса Ex. Предполагается использовать как коэффициент асимметрии Линдберга, так и показатель As, основанный на определении центрального момента третьего порядка с целью последовательного анализа отдельных областей распределения. Дополнительно требуется оценка существенности данных показателей, выполняемая на основе оценки показателя средней квадратической ошибки коэффициента асимметрии.

Статистическая группировка и последующее построение вариационного ряда позволяет по форме распределения провести начальную визуальную оценку качества и стабильности технологического процесса предваряющую проведение аналитических расчетов.

Решение задачи аппроксимации закона распределения экспериментальных данных предполагает предварительный выбор закона и определение оценок его параметров, выравнивание эмпирического распределения и оценку согласованности закона распределения и экспериментальных данных посредством проверки статистической гипотезы H0. В работе даны рекомендации по выбору критериев оценки. Реализация данного этапа позволяет оценить стабильность исследуемой характеристики. В случае отрицательного результата предлагается проверка стабильности воздействующих факторов. Выбор воздействующих факторов проводится на основе многофакторного корреляционно- регрессионного анализа включающего в себя отбор факторных признаков, выбор формы связи – уравнения регрессии, шаговый регрессионный анализ и расчет коэффициента детерминации d2.

Проведенное исследование показало необходимость использования рядов динамики для оценки технологического процесса (Рис.4). Это вызвано относительно быстрыми изменениями отдельных воздействующих факторов, в частности, изменением состояния поверхности диска-кристаллизатора. Для оценки процесса и выявления тенденций предлагается проведение механического или аналитического выравнивания, а также использование набора статистических показателей, включая абсолютные приросты уровней, темпы роста и другие абсолютные, относительные и средние показатели.

Рис. 4. Систематические изменения параметров металлического волокна.

Оценка возможностей процесса проводится с использованием индексов воспроизводимости Ср и Срк.

Требования к продукции и особые условия проведения высокоскоростного затвердевания потребовали процедуры многовариантного выбора контрольной карты в дополнение к традиционным картам Шухарта. В случае наличия тренда для отдельных характеристик предлагается использование карт кумулятивных сумм для оценки отклонений среднего значения от целевого значения µ0. При наличии установленных требований к характеристикам предлагается использовать приемочные контрольные карты. Контроль за несколькими взаимосвязанными характеристиками предлагается проводить по многомерным контрольным картам Хоттелинга.

Улучшение технологического процесса предусматривает последовательный охват выявленных воздействующих процедур управления с учетом их важности, определенной с помощью последовательного корреляционно-регрессионного анализа.

Четвертая глава посвящена проверке адекватности разработанной методики анализа и управления и внедрению результатов исследования на практике. Для апробации результатов исследования выбрана компания «Русские металлические волокна», являющаяся ведущей в РФ по разработке и производству современных металлических волокон для фильтрующих элементов на основе высокоскоростного затвердевания расплава.

Для проведения исследования использовался процесс формирования волокна из стали аустенитного класса Х18Н10Т.

Плавление заготовки осуществлялось от электрического нагревателя сопротивления, что позволяет получать волокна из материалов, имеющих температуру плавления до 1700°С.

Проведение сбора данных о геометрических параметрах волокна сопровождалось обработкой результатов измерения с использованием программного пакета «Видеотест-Мастер». Контроль стабильности результатов осуществлялся по основным параметрам сечения, включая площадь сечения S и эквивалентный диаметр D, а также фактор, характеризующий близость формы объекта к кругу - Fk.

В работе в качестве основных воздействующих факторов были использованы скорость вращения диска-кристаллизатора, скорость подачи расплава, заглубление диска в расплав, протяженность контакта расплав-диск, плотность теплового потока и тепловые условия на поверхности кристаллизатора.

Проведено исследование возможности обеспечения качества технологического процесса при формировании волокна с h=19-45мкм. Проведена оценка статистической стабильности основных геометрических параметров волокна. Выявлены недостатки применения управления на основе исключительно оценки вариации процесса. Установлена степень влияния основных факторов на стабильность процесса высокоскоростного затвердевания при формировании металлического волокна. На основе проведенных исследований получены уравнения регрессии показателей качества волокна, сформированного по технологии ВЗР.

Соответственно представлены уравнения, учитывающие вклад скорости подачи расплавляемого стержня Vп и скорость вращения диска-кристаллизатора Vd на площадь S поперечного сечения волокна :

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»