Статические методы контроля качества

   Содержание

 

   Введение………….………………………………………………………......2

 

  1. Статистические методы управления качеством производственных процессов……………………………………3

1.1.Обеспечение  точности технологических процессов…………………….3

     1.2. Статистическое установление допуска………………………………….4

1.3.Оценка точности  технологической системы (измерительный  анализ)……………………………………………………………….................9

1.4.Оценка качества  технологических процессов (анализ  возможности процесса)……………………………………………………………………...11

     1.5.Виды  и методы статистического регулирования  качества 

     технологических  процессов…..……………………………………..……….13

1.6.Статистические  методы регулирования качества  технологических процессов при  контроле по количественному  признаку…………………..15

1.7.Статистические  методы регулирования качества  технологических процессов при  контроле по альтернативному  признаку…………………..16

1.8.Анализ причин  несоответствия (брака) показателей  качества процесса……………………………………………………………………….16

 

  1. Статистические методы контроля качества продукции ………………………………………………………………………….19

2.1.Общие понятия  о статистическом контроле качества…………..……..19

2.2.Уровни дефектности  …………………………………………………….21

2.3.Планы и  оперативные характеристики планов  выборочного контроля ……………………………………………………………………………..…..22

2.4.Принципы применения  стандарта на статистический  приемочный контроль  по альтернативному  признаку ……………………………24

2.5.Статистический  приемочный контроль по количественному  признаку ………………………………………………………………………….25

 

 

Выводы..……………………………………………………28

 

Список использованной литературы ……………………28

 

 

 

 

Введение

 

      Важнейшим источником роста эффективности производства является

постоянное повышение  технического уровня и качества выпускаемой  продукции.

Для технических  систем характерна жесткая функциональная интеграция всех элементов, поэтому  в них нет второстепенных элементов, которые могут быть некачественно  спроектированы и изготовлены. Таким  образом, современный уровень развития НТП значительно ужесточил требования к техническому уровню и качеству изделий в целом и их отдельных  элементов. Системный подход позволяет  объективно выбирать масштабы и направления  управления качеством, виды продукции, формы и методы производства, обеспечивающие наибольший эффект усилий и средств, затраченных на повышение качества продукции.

Совершенствование качества продукции и процессов  требует

скрупулезной  работы персонала предприятия по выявлению причин деффек-

тов (отклонений от документации) и их устранению. Для этого необходимо

организовать  поиск фактов, характеризующих несоответствия, в подавляю-

щем большинстве которыми являются статистические данные, разработать

методы анализа  и обработки данных, выявить коренные причины дефектов и

разработать мероприятия  по их устранению с наименьшими затратами.

      Системный подход к улучшению качества выпускаемой продукции позволяет заложить научные основы промышленных предприятий, объединений, планирующих органов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1. Статистические методы управления качеством производственных процессов

 

    1. Основные понятия по обеспечению точности технологических процессов

 

  Под точностью в технологии машиностроения понимается степень соответствия производимых изделий их заранее установленному прототипу. В качестве прототипа может выступить и макет, и опытный образец, и документация. Чем больше  соответствие, тем выше точность. Чем выше точность, тем выше надежность продукции, а, значит, и ее качество. Вместе с этим на всех этапах технологического процесса изготовления продукции неизбежны те или иные погрешности, в результате чего абсолютной точности достичь практически невозможно.

    Точность  изделий во многом зависит  от качества исходных материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий, точности изготовления деталей и точности сборки узлов и всего изделия. Точность − важнейший фактор повышения            эксплуатационных качеств изделий и удовлетворения все растущих требований потребителей.

    При  решении вопросов точности технологических процессов устанавливают необходимую точность изготовления изделия исходя из предъявляемых к нему требований и его функционального назначения. Заказчику (покупателю) продукции нужна не самая высокая точность, а такая, какая в данный момент удовлетворяет его потребностям. Заданная точность определяет соответствующую структуру построения технологического процесса, необходимые методы и средства технического контроля процессов и продукции, устанавливает требования к экономичности производства.

    В зависимости  от того, какие требования необходимо  выдержать, подход к решению вопроса точности технологических процессов будет различным. Так, для быстроходных изделий расчеты точности следует делать с учетом динамических явлений. Особо рассматриваются тепловые явления, допустимый износ, качество сопряженных поверхностей и т.д.

    Высокая точность требует затрат. При жестких допусках, то есть с повышением точности изготовления изделия возрастает трудоемкость обработки и себестоимость продукции, причем себестоимость возрастает быстрее трудоемкости. Очевидно, что для каждого конкретного случая требуется оптимальное решение по назначению необходимой точности.

Особое значение имеет точность сборочных процессов. При сборке сложного изделия могут иметь место ошибки взаимного положения его элементов, некачественные сопряжения, деформации соединяемых деталей. Неправильная сборка узлов вращения (шпиндели, роторы лопаточных машин) вызывает их осевое и радиальное биение, а также неуравновешенность. Перекосы деталей в узлах трения приводят к их неравномерному и интенсивному износу, нагреву, к возможности задиров (царапин) поверхностей скольжения. Именно от неточности самой сборки или выбора нерационального метода обеспечения точности замыкающего звена возникает большинство отказов при эксплуатации изделий.

Устанавливая  жесткий допуск на размер, конструктор должен всегда думать, как он может быть обеспечен на производстве. С одной стороны, ужесточение допусков является стимулом для производственника к внедрению мероприятий по повышению точности технологических процессов, что обеспечивает повышение качества продукции, а это важный фактор конкурентоспособности. Но, с другой стороны, жесткие допуски требуют проведения  серьезной работы по снижению вариабельности технологической системы, что достигается значительными капитальными затратами по внедрению технологического оборудования повышенной точности, приобретению современного режущего инструмента, коренному улучшению системы переподготовки и повышения квалификации инженерного корпуса и производственных рабочих. Большие капитальные затраты приведут к повышению себестоимости продукции, являющейся не менее важным, чем качество, фактором конкурентоспособности. На стыке допуска на размер и поля рассеяния этого размера в процессе производства лежат самые большие проблемы предприятия по оптимизации экономических и технических факторов, обеспечивающих конкуренто-способность продукции. И среди этих факторов важнейший – обеспечение точности элементов конструкции изделия за счет снижения вариабельности технологической системы.

 

    1. Статистическое установление допуска

 

    При проектировании конструкции или технологических процессов возникают задачи расчета конструкторских или операционных допусков, характеризующих точность взаимного расположения сопрягаемых деталей.

    Допуск – это интервал, в котором допускается отклонение числовой характеристики параметра от его номинального (расчетного) значения. Допуск указывается в стандартах, технических требованиях или на чертежах в виде  двух предельных размеров (наибольшего и наименьшего), между которыми находится действительный размер, или в виде симметричных отклонений от номинального значения параметра. Так, например, если задана твердость поверхности детали 60-63 НRС, то допуск твердости равен трем единицам НRC; если задан размер детали 50±0,6, то допуск размера равен 1,2 мм.

   Допуск устанавливается для обеспечения необходимого качества изделия и взаимозаменяемости деталей или целых узлов машин и механизмов. От величины допуска зависит выбор метода обработки, технологического оборудования, способа контроля и, в конечном счете, стоимости изготовления. Кроме допуска на изготовление, устанавливается также допуск на изменение характеристик изделия в процессе эксплуатации. При расчете операционных допусков вместо понятия допуск Т оперируют понятием поле рассеяния ω.

    Взаимное  расположение деталей сборочных соединений или расположение сборочных элементов изделий, а также отдельных поверхностей деталей определяется линейными и угловыми размерами, устанавливающими расстояния между соответствующими поверхностями или осями и образующими замкнутые размерные цепи.

     Размерной цепью называется совокупность размеров, расположенных по замкнутому контуру, определяющих взаимное расположение поверхностей или осей поверхностей одной детали. Размерные цепи бывают конструкторскими и технологическими, в зависимости от функциональных задач расчета. Если конструкторские размерные цепи определяют расстояния или относительный поворот между поверхностями и осями поверхностей в конструкции изделия, то технологические размерные цепи определяют расстояния между поверхностями изделия при выполнении операций обработки или сборки, при настройке станка или расчете припусков.

     Размеры,  входящие в размерную цепь, называются звеньями. Звено размерной цепи, являющееся исходным при постановке задачи или последним в результате ее решения, называется исходным или замыкающим звеном.

     Остальные звенья цепи называются составляющими. Относительно исходного звена определяются допуски и предельные отклонения размеров составляющих звеньев.

    Целью расчета размерной цепи является решение одной из двух следующих задач:

     - прямая  задача (проектная). По заданным параметрам  исходного звена определить параметры (предельные отклонения и допуск) составляющих звеньев;

     - обратная  задача (проверочная). По известным параметрам составляющих звеньев определяются параметры (номинальный размер, допуск и предельные отклонения) замыкающего звена.

     В  зависимости от поставленной  задачи расчет размерных цепей производится следующими методами:

     - полной  взаимозаменяемости,

     - неполной  взаимозаменяемости,

     - групповой  взаимозаменяемости,

     - регулирования,

     - пригонки.

Метод полной взаимозаменяемости. Этот метод обеспечивает достижение требуемой  точности замыкающего звена размерной  цепи путем включения в нее  звеньев без разбора, подбора  или изменения их значений. При  этом любая деталь, изготовленная  по принципу метода полной взаимозаменяемости, может быть использована при сборке без всякой подгонки или подбора. Этот метод еще называют методом  максимума – минимума, потому что он учитывает только предельные отклонения звеньев и самые неблагоприятные их сочетания.

В дальнейшем используемые обозначения:

 

Aj (j = 1, 2, …, m-1) – номинальный размер произвольного звена размерной цепи.

А0 – номинальный размер замыкающего звена размерной цепи.

TAj, TA0 – допуски описанных выше размеров.

Ajmax, Ajmin, Ajc – предельные и средние размеры звеньев цепи.

ES(Aj), EJ(Aj), Ec(Aj) – предельные и среднее отклонение размеров размерной цепи.

m – полное число звеньев размерной цепи.

n – число увеличивающих звеньев.

p – число уменьшающих звеньев.

n + p = m – 1 – замыкающее звено.

Сначала обрабатывают базовую плоскость 1, затем по настройке от этой базы – плоскость 2 по размеру A2 и плоскость 3 по размеру A1.

 

 

Поверочный  расчет

 

Решение задач производится по формулам:

 


; 

 

  1. Самым грубым размером в размерной  цепи является замыкающий размер (т.к. его допуск равен сумме допусков составляющих звеньев). Поэтому, если к  какому-либо размеру предъявляются  высокие требования по точности, то нужно составить такую последовательность обработки, чтобы этот размер не был  замыкающим, а был составляющим.
  2. При конструировании необходимо соблюдать правило наикратчайшей размерной цепи, т.е. число звеньев в размерной цепи должно быть минимальным.

 

Проектный расчет

 

Заключается в распределении допуска  замыкающего размера между составляющими.

В рамках метода max-min этот расчет осуществляется двумя способами.

 

  1. Способ равных допусков.

Применяется, когда составляющие размеры  близки по величине или принадлежат  одному интервалу диаметров в  таблице допусков.

 

  1. Способ допусков одного квалитета (равноточных допусков).

Все составляющие звенья изготавливают  по одному квалитету точности. Требуемый  квалитет определяется следующим образом.

Допуск составляющего размера

 

D – среднегеометрический размер для интервала

по условию

T – в мкм. D – в мм.

 

  1. По арасч определяем квалитет (арасч ~ aтабл).
  2. По этому квалитету назначаем допуски на составляющие размеры

,  , 

  1. Необходимо скорректировать допуски на составляющие размеры так, чтобы сумма Taj была равна TA0 (т.к. , то ). Скорректировать это значит уменьшить или увеличить допуск одного или двух составляющих размеров чтобы .
  2. Назначаем предельные отклонения на составляющие размеры. Предельные отклонения на все составляющие размеры, кроме одного, назначаем как на основную деталь в системе образования посадок, т.е. на охватывающие размеры по «Н» (+), на охватываемые размеры по «h» (-), в трудноопределяемых случаях допуск назначается симметрично ( ).

 

Предельное отклонение одного размера  определяется по формулам:

При этом следует  соблюдать условие:

 

     Метод неполной взаимозаменяемости. При использовании этого метода требуемая точность замыкающего звена обеспечивается у заранее обусловленной части объектов путем включения в размерную цепь составляющих звеньев без их выбора, подбора или изменения их значений. В основу метода положен вероятностный расчет допуска замыкающего звена.

   

 

    1. Оценка точности технологической системы (измерительный анализ)

 

    Влияние точности технологической системы на качество производственных процессов было замечено давно. Но статистическое обоснование вариабельности системы, зависящей от различных, в большинстве своем случайных, производственных факторов, дал известный американский ученый В. Шухарт только в 20-м веке. Он выявил, что вариации (отклонения) в системе по своему происхождению вызываются двумя принципиально различными причинами: общими и специальными.

     Общими причинами считаются те, которые являются неотъемлемой частью данного процесса, то есть внутренне ему (процессу) присущие. Общие причины связаны с точностью поддержания параметра и условий осуществления процесса, с идентичностью условий на входах и выходах процесса и т.д. Эти причины являются результатом совместного воздействия большого количества случайных величин, каждая из которых вносит относительно малый вклад в результирующую вариацию системы. Именно отсутствие доминирующих по значению причин и дает относительную стабильность процесса. Совокупность малых вариаций создает устойчивую технологическую систему.

     Специальными причинами вариаций считаются воздействия на процесс (или на систему) внешних факторов, внутренне не присущих системе и не предусмотренных нормальным ходом процесса. Как правило, в результате воздействия специальных причин и происходит отклонение параметров от заданных значений параметров.

     Разделение  причин вариаций на два указанных  вида определяет и разные методы борьбы с вариациями. В.Шухарт выдвинул два основных принципа борьбы с вариациями:

     - искать  не виновников брака, а вовлекать  всех причастных к поиску и устранению причин несоответствий (отклонению параметров за границы допустимых значений),

     - искать  источники несоответствий в вариациях  процесса.

     Таким  образом, стабилизировать процесс - это сделать его устойчивым к внешним воздействиям, что и является главной задачей статистических методов управления процессами.

     Рассмотрим  на примере изготовления деталей  машин основные причины вариаций механической обработки и порядок определения суммарной погрешности обработки. Значение суммарной погрешности обработки необходимо для правильного определения технологического допуска при проектировании технологических процессов.

    Суммарную  погрешность ωо, или поле рассеяния исследуемого размера, можно выразить в виде следующей функциональной зависимости:

                        ω0 = f (∆y, ε, ∆н, ∆u, ∆Т, Σ∆ф),

    где ∆y – погрешность, вызванная упругими деформациями технологи-

ческой системы,

        ε – погрешность, вызванная установкой заготовки,

        ∆н – погрешность, связанная с настройкой режущего инструмента,

        ∆u – погрешность, вызванная размерным износом режущего инструмента,

       ∆Т − погрешность, связанная с температурными деформациями технологической системы,

      Σ∆ф – суммарная погрешность формы обрабатываемой поверхности.

    Дадим краткую оценку каждой из составляющих погрешностей механической обработки.

    Погрешность ∆y возникает в результате упругих деформаций звеньев технологической системы под влиянием нестабильности сил резания. Колебания элементов системы связаны с изменением глубины резания в процессе  обработки, вызванным различной твердостью обрабатываемого материала по длине или диаметру заготовки. Кроме того, для разных заготовок не сохраняется одна и та же предварительная величина настройки инструмента на размер (глубину резания). Одновременно на эти причины накладываются деформации звеньев технологической системы, вызванные затуплением режущих кромок инструмента. Учитывая многочисленность причин упругих деформаций, распределение погрешности ∆y можно принять по  нормальному закону распределения.

    Аналогичный  характер распределения имеет  погрешность, связанная с

установкой заготовки ε, представляющаяся собой сумму погрешностей базирования εб, погрешности закрепления εз и погрешности положения εпр, вызываемой неточностью приспособления.

    Погрешность,  связанная с настройкой режущего  инструмента ∆н является разностью предельных положений режущего инструмента на станке при настройке его на выполняемый размер. Для каждой партии заготовок текущее значение настроечного размера является случайной величиной, распределение которой также близко к нормальному закону.

    Погрешность,  вызванная размерным износом  инструмента ∆u, связана с систематическим изменением положения его режущей кромки относительно исходной установочной базы заготовки в процессе обработки. В результате этого выполняемый размер непрерывно изменяется между двумя сменами или поднастройками инструмента. Можно считать, что распределение размерного износа ∆u протекает по закону равной вероятности.

     Погрешность  размера, вызываемая температурными деформациями технологической системы ∆Т, изменяется во времени по нелинейной зависимости: в начале работы она растет, а после достижения теплового равновесия системы стабилизируется. На практике распределение размеров, изменяющихся в результате температурных деформаций, принимаются по закону равной вероятности.

     Суммарная  погрешность формы Σ∆ф вызывается геометрическими неточностями станка, деформациями заготовки под влиянием сил закрепления и неравномерным по различным сечениям заготовки упругим отжатием звеньев технологической системы. Ее можно отнести к систематической погрешности.

     Определение  суммарной погрешности механической  обработки можно проводить с использованием методов взаимозаменяемости, представив каждую погрешность как звено размерной цепи, а погрешность ω0 как замыкающее звено этой цепи.

    Под технологической системой, точность которой мы оцениваем, понимается не любая технологическая система в данном производственном процессе, а конкретная технологическая система (станок, приспособление, инструмент, деталь), в которой при механической обработке меняются только заготовки. Если данная деталь обрабатывается на всех станках данного участка или цеха, если в механической обработке использованы все приспособления и режущий инструмент участка для обработки на имеющемся технологическом оборудовании, тогда можно судить о точности технологической системы данного участка или цеха. Очевидно, что погрешность отдельной технологической системы ниже, чем погрешность технологической системы участка. Таким образом, чтобы принять решение о правомерности использования для обработки деталей по данному техпроцессу любого подходящего

станка на данном участке (токарном, фрезерном, шлифовальном и т.д.) с использованием соответствующей номенклатуры приспособлений и режущего инструмента, необходимо сравнивать допускаемые по чертежу отклонения на размер деталей с погрешностью технологической системы всего участка.

 

    1. Оценка качества технологического процесса (анализ возможности процесса)

 

     Для оценки качества технологического процесса требуется сравнение допуска на размер с полем его рассеяния в конкретной технологической системе. Несмотря на то, что именно суммарная погрешность процесса изготовления является наиболее представительным значением поля рассеяния технологической системы, на практике таким сравнением пользуются редко, так как расчет суммарной погрешности процесса является исключительно трудоемкой операцией. Гораздо проще определить поле рассеяния какого-либо размера детали при ее изготовлении в конкретном технологическом процессе путем обработки результатов экспериментальных исследований.

     Наиболее  эффективным способом исследования  распределения размера параметра является построение гистограммы. Гистограмма распределения – это графическое отображение вариабельности процесса. Для построения гистограммы необходимо собрать необходимые данные о процессе. Рассмотрим порядок построения гистограммы и методы статистической обработки результатов на следующем примере.

    На  одношпиндеольном револьверном автомате изготовляются специальные ролики из пруткового материала. Требуется по данным фактических измерений диаметров роликов в партии деталей, изготовленных методом автоматического получения размеров, построить гистограмму, установить характеристики рассеяния, определить вероятность соблюдения заданного допуска на диаметр ролика 18 +0,03                                                                                                                                                                                                                                                                                        -0,08 и найти вероятность появления брака (несоответствий допуску). Для исследования отобрана партия (выборка) в количестве 25 роликов.

     После измерения фактических диаметров роликов выявлено, что все размеры уложились в диапазон от 17,89 мм (минимум) до 18,07 мм (максимум). Для удобства построения гистограммы весь диапазон размеров (18 мм) разделен на 9 интервалов с размером одного интервала 0,02 мм.

    Результаты  фактических измерений диаметров  роликов представлены в

табл.

                                                              Таблица 

 

   № интервала         Диапазон           Середина                    Частота (m) по-

                              интервалов, мм     интервала,  мм               падания в ин-

                                                                                                       тервал, шт.

           1                 17,89 – 17,91            17,90                                     1

           2                 17,91 – 17,93            17,92                                     1

           3                 17,93 – 17,95            17,94                                     3

           4                 17,95 – 17,97            17,96                                     5

           5                 17,97 – 17,99            17,98                                     6

           6                 17,99 – 18,01            18,00                                     4

           7                 18,01 – 18,03            18,02                                     3

           8                 18,03 – 18,05            18,04                                     1

           9                 18,05 – 18,07            18,06                                     1

       Итого                                                                                            25

 

    1. Виды и методы статистического регулирования качества технологического процесса

 

    Виды статистического регулирования процессов. Задача статистического регулирования технологического процесса состоит в том, чтобы на основании результатов периодического (т.е. в динамике) контроля выборок относительно малого объема оценивать его стабильность и корректировать наладку процесса на требуемое качество.

    Имеется  две разновидности регулирования процессов: по количественному и альтернативному (качественному) признакам. Для каждой из разновидностей разработаны свои статистические методы регулирования.