Система статистического управления и автоматизации производством изделий в машиностроении

Полезная модель относится к области обеспечения качества изделий при их серийном производстве, а более конкретно к системам статистического управления производством изделий в машиностроении, содержащим блок контроля параметра качества выпускаемых изделий, соединенный с вычислительным блоком, включающим в себя модуль проверки отклонения от номинала центра случайного рассеивания параметра качества проконтролированных единиц изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании, а вычислительный блок связан с блоком управления технологическим оборудованием, и может быть использована для управления производственным процессом в разных отраслях производства, например, в машиностроении.

Согласно полезной модели, блок контроля параметра качества выпускаемых изделий выполнен в виде модуля контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску, адаптированный к вычислению количества n₁ изделий, имеющих значения параметра качества ниже нижней границы суженного допуска, количества n₂ изделий, имеющих значения параметра качества, попадающие в пределы суженного допуска, и количества n₃ изделий, имеющих значения параметра качества выше верхней границы суженного допуска, при этом вход вычислительного блока связан с выходом блока контроля параметра качества выпускаемых изделий, обеспечивающего передачу электрических сигналов, соответствующих количествам n₁ , n₂ и n₃.

Достигаемый технический результат - снижение вероятности брака при производстве изделий.

Область техники, к которой относится полезная модель.

Полезная модель относится к области обеспечения качества изделий при их серийном производстве, а более конкретно к системам статистического управления производством изделий в машиностроении, содержащим блок контроля параметра качества выпускаемых изделий, соединенный с вычислительным блоком, включающим в себя модуль проверки отклонения от номинала центра случайного рассеивания параметра качества проконтролированных единиц изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании, а вычислительный блок связан с блоком управления технологическим оборудованием, и может быть использована для управления производственным процессом в разных отраслях производства, например, в машиностроении.

Далее используются следующие термины.

Статистический контроль по альтернативному признаку - комплекс мероприятий контроля выпускаемых изделий, когда в отношении каждого подвергаемого проверке изделия выносится заключение «соответствует - не соответствует». Типичный пример - сравнение с парой калибров, годное изделие должно быть больше одного и меньше второго калибра, то есть попасть в заданный заранее технологический допуск. Как легко заметить, результат такого процесса контроля выражается в трех числах:

n₁ - количество изделий, имеющих значения параметра качества ниже нижней границы поля допуска,

n₂ - количество изделий, имеющих значения параметра качества, попадающих в пределы поля допуска,

n₃ - количество изделий, имеющих значения параметра качества выше верхней границы поля допуска.

Суженный допуск - допуск с уменьшенной разностью между верхней и нижней границами технологического допуска. С одной стороны, увеличивает количество n₁ И n₃, так как появляется какое-то количество годных изделий, которое отбраковывают, но зато при этом появляется возможность управлять производственным процессом, что позволяет не допустить появления массового брака.

А - нижняя границы исходного поля допуска,

В - верхняя границы исходного поля допуска,

а и b - границы суженного поля допуска,

µ - уровень настройки, то есть центр случайного рассеивания параметра качества изделий,

- среднеквадратическое отклонение случайного рассеивания параметра качества изделий.

Уровень техники.

Известна система статистического управления производством изделий в машиностроении, содержащая блок контроля признаков качества выпускаемых изделий, соединенный с вычислительным блоком, включающим в себя модуль проверки отклонения от номинала распределения признака качества проконтролированных единиц изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании, описанная в авторском свидетельстве СССР 149579 опубликованном в 1962 г.

В нем описано устройство для статистического контроля качества продукции, в котором измеряют отклонения от номинала контролируемого параметра.

Недостатком ее является то, контроль качества производится уже по выпущенным изделиям, которые могут быть бракованными. Поэтому данная система не позволяет обнаружить нежелательные тенденции еще до того, как произойдет выпуск несоответствующих изделий, возможно, в значительном количестве.

Также известна система статистического управления производством изделий в машиностроении, содержащая блок контроля признака (параметра) качества выпускаемых изделий, соединенный с вычислительным блоком, включающим в себя модуль проверки отклонения от номинала распределения признака качества проконтролированных единиц изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании, а вычислительный блок связан с блоком управления технологического оборудования, описанная в патенте РФ на изобретение 2295590, опубликованном в 2007 г.

В указанной системе производится контроль качества параметров изделий, выявление причин дефектов, обнаруженных при приемочном контроле качества продукции, анализируются эти причины и с помощью блока управления корректируется производственный процесс.

Данная система является наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому решению и взята за прототип предлагаемой полезной модели.

Недостатком ее является то, контроль качества производится уже по выпущенным изделиям, которые могут быть бракованными. Поэтому данная система не позволяет обнаружить нежелательные тенденции еще до того, как произойдет выпуск несоответствующих изделий, возможно, в значительном количестве.

Раскрытие полезной модели.

Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить систему статистического управления производством изделий в машиностроении, позволяющую, по меньшей мере, сгладить указанный выше недостаток, а именно, обеспечить возможность снижения вероятности брака при производстве изделий.

Для достижения этой цели блок контроля параметра качества выпускаемых изделий выполнен в виде модуля контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску, адаптированный к вычислению количества n₁ изделий, имеющих значения параметра качества ниже нижней границы суженного допуска, количества n₂ изделий, имеющих значения параметра качества, попадающие в пределы суженного допуска, и количества n₃ изделий, имеющих значения параметра качества выше верхней границы суженного допуска, при этом вход вычислительного блока связан с выходом блока контроля параметра качества выпускаемых изделий, обеспечивающего передачу электрических сигналов, соответствующих количествам n₁ , n₂ и n₃.

Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным обеспечить повышение качества выпускаемой продукции, так как контроль производится не по исходному допуску, заданному технологической документацией, а по суженному допуску, выход за пределы которого вполне вероятен даже при нормальном ходе производственного процесса. При изменениях же уровня настройки или ширины случайного рассеивания система контроля по суженному допуску позволяет обнаружить нежелательные тенденции еще до того, как произойдет выпуск несоответствующих изделий в значительном количестве.

При контроле выборки изделий объемом n единиц подсчитываются количества изделий n₁ и n₃, у которых значение параметра качества оказывается, соответственно, меньше нижней границы и больше верхней границы суженного поля допуска. Рост одного из них или обоих сразу сигнализирует о нежелательных изменениях хода процесса, что может требовать вмешательства и подналадки. Количество изделий, соответствующих суженному полю допуска, составляет n₂ . При этом, конечно, n=n₁+n₂+n₃ .

Существует вариант полезной модели, в котором вычислительный блок дополнительно содержит модуль для оценивания ширины рассеивания и модуль для оценивания центра рассеивания распределения контролируемого параметра качества изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании.

Благодаря этой выгодной характеристике становится возможным оценивание не только текущего значения уровня настройки процесса, но и определения тенденции его изменения во времени.

Существует вариант полезной модели, в котором модуль контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит блок задания и регулировки суженного допуска.

Благодаря этой выгодной характеристике становится возможным варьировать параметрами суженного допуска, что позволяет настраивать процесс управления более качественно, подбирая параметры суженного допуска оптимальными для каждой конкретной ситуации.

Существует вариант полезной модели, в котором модуль контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит датчик сравнения линейных размеров.

Благодаря этой выгодной характеристике становится возможным использовать систему для контроля линейных размеров выпускаемых изделий.

Существует вариант полезной модели, в котором модуль контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит датчик сравнения угловых размеров.

Благодаря этой выгодной характеристике становится возможным использовать систему для контроля угловых размеров выпускаемых изделий.

Существует вариант полезной модели, в котором модуль контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит датчик сравнения спектра частот отраженного света.

Благодаря этой выгодной характеристике становится возможным использовать систему для контроля цвета выпускаемых изделий.

Существует вариант полезной модели, в котором модуль контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит датчик сравнения массы.

Благодаря этой выгодной характеристике становится возможным использовать систему для контроля массы выпускаемых изделий.

Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.

Краткое описание чертежей.

Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:

- фигура 1 схематично изображает функциональную схему системы статистического управления производством изделий в машиностроении согласно полезной модели.

- фигура 2 изображает график распределения проконтролированных количеств единиц изделий в зависимости от контролируемого параметра качества согласно полезной модели.

Согласно фигуре 1, система статистического управления производством изделий в машиностроении содержит блок контроля параметра качества выпускаемых изделий, который выполнен в виде модуля 1 контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску, адаптированный к вычислению количества n₁ изделий, имеющих значения параметра качества ниже нижней границы суженного допуска, количества n₂ изделий, имеющих значения параметра качества, попадающие в пределы суженного допуска, и количества n₃ изделий, имеющих значения параметра качества выше верхней границы суженного допуска. Модуль 1 контроля признаков качества выпускаемых изделий соединен с вычислительным блоком 2, включающим в себя модуль 3 проверки отклонения от номинала центра рассеивания параметра качества проконтролированных единиц изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании 4. При этом вход вычислительного блока 2 связан с выходом модуля 1 контроля признаков качества выпускаемых изделий, обеспечивающего передачу электрических сигналов, соответствующих количествам n1, n2 и n3. Также выход вычислительного блока 2 связан со входом блока управления 5 технологическим оборудованием 4.

Вычислительный блок 2 дополнительно содержит модуль 6 для оценивания ширины случайного рассеивания и модуль 7 для оценки центра случайного рассеивания контролируемого параметра качества изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании.

Модуль 1 контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит блок 8 задания и регулировки суженного допуска.

Модуль 1 контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит датчик 9 сравнения линейных размеров.

Модуль 1 контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит датчик 10 сравнения угловых размеров.

Модуль 1 контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит датчик 11 сравнения спектра частот отраженного света.

Модуль 1 контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит датчик 12 сравнения массы.

Модуль 1 контроля параметра качества выпускаемой продукции может быть основан как на непрерывной, так и на выборочной методике контроля, а также как на ручной, так и на автоматической методике контроля.

Пунктирной стрелкой на фигуре 1 условно обозначено производство изделий, которые в свою очередь обозначены как 13. Пунктирной линий на фигуре 1 условно обозначено

Согласно фигуре 2 - графику распределения проконтролированных количеств единиц изделий в зависимости от контролируемого параметра наглядно показано соотношение контролируемого параметра качества, если бы он был измерен точно с помощью соответствующих измерительных средств, и сравнения данного параметра с суженным допуском.

Пунктиром показана плотность распределения вероятностей контролируемой величины, n - объем выборки, n₁, n₂, n ₃ - количества изделий, у которых значения параметра качества находятся ниже нижней контрольной границы, входят в границы, выше верхней границы, соответственно.

Осуществление полезной модели.

Система статистического управления производством изделий в машиностроении работает следующим способом.

- Этап 1. Производят выборочный контроль изделий по альтернативному признаку по суженному допуску. Например, путем сравнения с парой калибров.

- Этап 2. Определяют количества n₁ изделий, имеющих значения параметра качества ниже нижней границы суженного допуска, количества n ₂ изделий, имеющих значения параметра качества, попадающие в пределы суженного допуска, и количества n₃ изделий, имеющих значения параметра качества выше верхней границы суженного допуска.

- Этап 3. По формулам, приведенным ниже, вычисляют оценки центра случайного рассеивания (уровня настройки) µ и - среднеквадратического отклонения случайного рассеивания .

- Этап 4. При выявлении сдвига уровня настройки распределения контролируемого качества изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании, производят коррекцию, путем формирования корректирующего сигнала блоком управления технологическим оборудованием, при этом значение корректирующего сигнала вычисляется по формулам, приведенным ниже. При выявлении увеличения ширины случайного рассеивания параметра качества изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании, производят остановку производственной линии для предотвращения появления массового брака.

Последовательность этапов является примерной и позволяет переставлять, добавлять или производить некоторые операции одновременно без потери возможности производить статистический контроль качества изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании.

Приведем более подробное объяснение, каким образом происходит вычисление корректирующего сигнала для контроля качества изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании.

Через А и В обозначены, соответственно, нижняя и верхняя границы исходного поля допуска, а и b - границы суженного поля допуска. Целевое значение уровня настройки процесса равно µ₀=(А+В)/2. Плотность вероятности контролируемой величины (параметра качества) зависит, как от параметров, от уровня настройки µ и масштаба (среднеквадратического отклонения) случайного рассеивания .

При контроле выборки изделий объемом n единиц подсчитываются количества изделий n₁ и n ₃, у которых значения параметра качества оказывается, соответственно, меньше нижней границы и больше верхней границы суженного поля допуска. Рост одного из них или обоих сразу сигнализирует о нежелательных изменениях хода процесса, что может требовать вмешательства и подналадки. Количество изделий, соответствующих суженному полю допуска, составляет n₂. При этом, конечно, n=n ₁+n₂+n₃.

В частности, в ситуации, изображенной на фиг.2, процесс в целом находится в приемлемом состоянии и обеспечивает очень низкий уровень несоответствий (вероятность выхода за границы исходного поля допуска исчезающе мала). Однако превышение n₁ над n₃ свидетельствует о том, что уровень настройки µ сместился ниже номинального значения µ₀. При некоторой критической разности n₁-n₃ дается сигнал о том, что должна быть проведена подналадка процесса для возвращения уровня настройки к значению µ₀.

Очевидно, контроль при помощи пары калибров - это типичная ситуация сильно дискретизованных наблюдений, в которой значения наблюдаемых величин попадают в один из трех интервалов дискретизации, а роль цены деления играет суженный допуск. Следовательно, применение методов, предложенных для оценивания параметров распределения по сильно дискретизованным наблюдениям, позволит получать оценки как уровня настройки, так и масштаба случайного разброса.

В рассматриваемой ситуации подходит метод построения оценок при прямых измерениях и неизвестном параметре масштаба случайной составляющей.

Для его применения запишем вероятность того, что при заданных значениях уровня настройки µ и среднеквадратического отклонения случайного разброса количества изделий ниже, в пределах и выше поля допуска будут n₁, n₂ и n₃, равна

,

где

,

,

X - значение контролируемого параметра качества, распределение которого принимается нормальным, что характерно для серийного и массового производства.

Оценки параметров будут иметь следующий вид:

Множество М, по которому производится интегрирование, представляет собой прямоугольник, стороны которого равны интервалам возможных значений µ и . Если есть основания считать, что процесс не сильно удалился от нормального состояния, то можно выбрать для µ интервал (a; b), а для - (₀; 2₀), где ₀ означает среднеквадратическое отклонение показателя качества при нормальном состоянии процесса.

Оценки могут быть использованы при проведении подналадки процесса в случае срабатывания контрольных карт. Например, если «штриховая» контрольная карта, отвечающая задаче слежения за уровнем настройки, обнаруживает в определенных ситуациях сдвиг уровня настройки и предусматривает коррекцию, то значение оценки, полученное по формуле (1), дает оптимальное значение корректирующего воздействия по возврату уровня настройки к середине поля допуска, а именно

Кроме того, оценки и, полученные описанным способом, позволяют составить план действий в случаях комплексного отклонения процесса от нормального состояния, когда оба параметра отличаются от номинальных значений.

Некоторое неудобство доставляет сложность вычисления оценок по формулам (1) и (2). На самом деле, производить вычисления в процессе контроля не требуется. Вместо этого для определенного плана контроля и соответствующего ему объема выборки n, надо табулировать значения оценок для всевозможных сочетаний n ₁, n₂ и n₃, которые могут иметь место для такого объема.

Еще одна возможность применения аппарата статистического оценивания по сильно дискретизованным наблюдениям состоит в следующем. Если уровень настройки процесса испытывает медленное смещение, то с достаточной точностью можно принять линейное приближение:

µ=₁+₂t

Периодически контролируя изделия на выходе процесса при помощи той же пары калибров, соответствующих суженному допуску, следует производить вычисление оценок трех параметров: ₁, ₂ и .

Таким образом, появляется возможность оценивания не только текущего значения уровня настройки процесса, но и определения тенденции его изменения во времени.

Метод контроля и регулирования процессов на основе данных по альтернативному признаку по суженному допуску оказывается значительно более эффективным, чем по исходному допуску, и сопоставимым с контролем по количественному признаку.

Промышленная применимость.

Предлагаемая система статистического управления производством изделий в машиностроении имеет ясное предназначение, может быть осуществлена специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включенного в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели.

При этом на основании приведенных выше расчетов показана возможность оценивания не только текущего значения уровня настройки процесса, но и определения тенденции его изменения во времени при функционировании предлагаемой системы статистического управления производством изделий в машиностроении.

Таким образом за счет того, что блок контроля параметра качества выпускаемых изделий выполнен в виде модуля контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску, адаптированный к вычислению количества n₁ изделий, имеющих значения параметра качества ниже нижней границы суженного допуска, количества n₂ изделий, имеющих значения параметра качества, попадающие в пределы суженного допуска, и количества n₃ изделий, имеющих значения параметра качества выше верхней границы суженного допуска, при этом вход вычислительного блока связан с выходом блока контроля параметра качества выпускаемых изделий, обеспечивающего передачу электрических сигналов, соответствующих количествам n₁ , n₂ и n₃, появляется возможность оценивания не только текущего значения уровня настройки процесса производства изделий, но и определения тенденции его изменения во времени, а значит, достигается заявленный технический результат, а именно снижение вероятности брака при производстве изделий.

Дополнительным полезным техническим результатом заявленной полезной модели является то, что с помощью предлагаемой системы контроля по суженному допуску становится возможным сохранить простоту контроля по альтернативному признаку, но существенно уменьшить требуемые объемы выборок, то есть она дает высокие показатели при выборочном контроле.

1. Система статистического управления серийным производством изделий, содержащая блок контроля параметра качества выпускаемых изделий, соединенный с вычислительным блоком, включающим в себя модуль проверки отклонения от номинала центра рассеивания параметра качества проконтролированных единиц изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании, а вычислительный блок связан с блоком управления технологическим оборудованием, отличающаяся тем, что блок контроля параметра качества выпускаемых изделий выполнен в виде модуля контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску, адаптированного к вычислению количества n₁ изделий, имеющих значения параметра качества ниже нижней границы суженного допуска, количества n₂ изделий, имеющих значения параметра качества, попадающие в пределы суженного допуска, и количества n₃ изделий, имеющих значения параметра качества выше верхней границы суженного допуска, при этом вход вычислительного блока связан с выходом блока контроля параметра качества выпускаемых изделий, обеспечивающего передачу электрических сигналов, соответствующих количествам n₁, n₂ и n₃.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что вычислительный блок дополнительно содержит модуль для оценивания ширины разброса и модуль для оценивания центра рассеивания признака качества изделий, выпускаемых на данном технологическом оборудовании.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит блок задания и регулировки суженного допуска.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит датчик сравнения линейных размеров.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит датчик сравнения угловых размеров.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит датчик сравнения спектра частот отраженного света.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль контроля параметра качества выпускаемых изделий по альтернативному признаку по суженному допуску содержит датчик сравнения массы.