Статистические методы управления качеством. 5

Введение

      Успех каждого предприятия в большой степени зависит от качества производимой им продукции. Обеспечение качества продукции является важнейшим инструментом в поддержании и укреплении конкурентоспособности. Обеспечение качества ведет к эффективности производства, улучшает имидж фирмы и увеличивает спрос на продукцию. Обеспечение качества охватывает все меры, направленные на его достижение. К таким мерам относятся:

- планирование качества;

- контроль качества;

- управление качеством.

      Большую роль в управлении качеством продукции играют статистические методы. Статистические методы управления качеством продукции  основываются на теории вероятностей и математической статистике.

Статистические методы управления качеством продукции включают статистический анализ точности и стабильности технологического процесса, статистически приемочный контроль качества продукции, статистический метод оценки качества продукции.

Статистические методы позволяют на основе выборочного контроля установить показатели точности и стабильности технологического процесса и закономерности протекания его во времени; проводить корректирование технологического процесса, осуществлять оценку и проводить приемочный контроль качества продукции.

Таким образом, целью статистических методов управления качеством является заключение о качестве изготовления изделий путем применения математико-статистических методов на основе выборочного контроля.

1.Краткий обзор литературы

Фаянс - это керамические изделия, имеющие плотный мелкопористый черепок и покрытые бесцветной глазурью. Структура фаянса представлена зернами дегидратированного глинистого вещества и кварца, сцементированными небольшим количеством стекловидной фазы, которая образуется при взаимодействии легкоплавких веществ с глиной, каолином, кварцем. В зависимости от шихтового состава масс различают твердый (полевошпатовый), известковый, глинистый фаянс.

В качестве сырья при получении фаянса используют беложгущиеся огнеупорные и тугоплавкие глины, обогащенные каолины, кварцевые пески, кремень, полевые шпаты, пегматиты, нефелин-сиениты, доломит, мел, бой изделий.

Последовательность процессов при производстве фаянсовой глазурованной посуды: дробление сырья > взвешивание > измельчение > просеивание > электромагнитная сепарация > хранение в шламобассейне > просеивание > БРС > хранение в шламобассейне  > просеивание > хранение в шламобассейне > просеивание > литье > сушка > приготовление глазури > нанесение глазури. Основными процессами этого производства являются следующие:

- Дробление. Так как сырьевая масса содержит несколько компонентов, то каждый из них подвергается дроблению в отдельности. Для этого процесса лучше использовать волковые дробилки. Далее компоненты взвешиваются с учетом конкретного рецепта.

- Помол. Для помола лучше использовать шаровые мельницы непрерывного или периодического действия. Рекомендуемая влажность суспензии каменистых материалов 30%. Для ускорения измельчения твердых материалов при мокром помоле в мельницы добавляют ПАВ.

-Просеивание. Для просеивания материалов применяют металлические сита из медной или бронзовой проволоки. Промышленность выпускает сетки, различающиеся величиной отверстий.

- Электромагнитная сепарация. Все сырьевые материалы проходят электромагнитную сортировку, так как при транспортировке и переработке они загрязняются металлом, который отрицательно влияет на качество изделий.  Мелкие металлические включения удалять из порошков очень трудно, так как слой порошка оказывает сильное сопротивление выходу из него магнитной частицы. Поэтому для магнитного обогащения порошков применяют подвесной электромагнитный сепаратор с вибратором. При вибрации тонкого слоя порошка (не более 100мм) в магнитном поле создаются условия для свободного выхода магнитных частиц. Измельченные, обогащенные и просеянные материалы хранят в специальных бункерах, которые внутри обиты или выполнены из коррозионно-стойких материалов или дерева. Время хранения от 25 до 100 часов.

- БРС (башенная распылительная сушилка). Приготовленный цементный шлам мембранным насосом под давлением от 2,5 до 3МПа подается к форсункам, которые диспергируют его в распылительной сушилке. Капли шлама высушиваются потоком газов, выходящих из декарбонизатора. Благодаря хорошо развитой поверхности капель сушка длится от 20 до 30 секунд. Высушенный порошок поступает в декарбонизатор, где происходит разложение карбонатной части шихты. Распылительная сушилка и декарбонизатор обеспечивают высокую интенсивность процессов теплообмена. Практически время обжига порошка в декарбонизаторе составляет от 6 до 10 секунд. Степень декарбонизации может достигать 99%.

Цепочка процессов просеивание > электромагнитная сепарация > просеивание может повторяться до 25 раз. Это делается для улучшения гомогенизации формовочной массы, а следовательно для улучшения качества продукции.

- Формование (литье из шликеров). При производстве посуды используют литье в пористые формы. Различают три способа литья в пористые формы: сливной, наливной, комбинированный. Рассмотрим сливной способ. Шликер заливается в формы, внутренняя поверхность которых имеет обратное изображение формуемого изделия. В основном используются гипсовые формы, которые просты в изготовлении и обладают большой водоаккумулирующей способностью. Форма состоит из нескольких частей. Шликер выдерживают в форме определенное время, при этом влага впитывается в поры формы и у ее поверхности образуется более плотный слой – это так называемый процесс набора черепка. Чем больше выдерживают форму, тем толще стенки изделия. Затем форму переворачивают и сливают излишек шликера. Форму выдерживают в перевернутом состоянии еще некоторое время до отскакивания изделия от формы. Отделение от формы происходит вследствие  дальнейшего удаления влаги из изделия. В результате изделие дает усадку, уменьшается в размерах и отделяется от формы.

Удаление временной связки.

В большинстве случаев удаление временной связки – это сушка сырца (высушивание).

При сушке сырца влажность уменьшается до 1-2%. Такая влажность обеспечивает отформованным изделиям необходимую прочность. Продолжительность сушки зависит от способа формования, от влажности сырца, от плотности сырца, его габаритов, от использованного сырья, а также от температуры и влажности теплоносителя.

Сушка должна осуществляться медленно, чтобы изделия не растрескались. Режим сушки обычно устанавливают экспериментальным путем в лабораторных условиях. При этом регулируют три параметра: температуру сушки, влажность теплоносителя и скорость его движения в сушильном агрегате.

Режим сушки можно условно разделить на три этапа:

- на первом этапе поддерживается постоянная, не очень высокая температура (50–600С) и относительно высокая влажность теплоносителя. На этом этапе происходит прогрев изделия и влага практически не испаряется.

- второй этап характеризуется медленным повышением температуры до 80–900С и медленным понижением влажности теплоносителя (≈ до 30%). Это самый длительный этап. На нем удаляется основное количество влаги.

- на третьем этапе быстро поднимают температуру до 110-1200С и снижают влажность теплоносителя до 15-20%. На этом этапе удаляется, в основном, поровая влага без изменения объема изделия.

Обычно время сушки колеблется от 18 до 48 часов. Сушка подразделяется на естественную, искусственную и комбини-рованную. Естественная – это сушка на открытом воздухе. Для искусственной сушки могут использоваться аппараты непрерывного или периодического действия. К аппаратам периодического действия относятся камерные сушилки. Непрерывные аппараты могут быть конвейерными, прямоточными и кольцевыми.

При комбинированной сушке оба способа комбинируются.­

Обжиг является основной стадией технологического процесса, так как именно на этой стадии происходит формирование структуры керамики.

При обжиге сначала удаляется оставшаяся после сушки влага, в том числе химически связанная, а затем протекают сложные химические реакции. При этом образуется стеклофаза и кристалл,  фазы, которые определяют свойства керамики.

При обжиге происходит увеличение прочности и плотности керамики, но при этом снижается пористость. Максимальная температура обжига может колебаться от 800 до 1700 0С.

При обжиге можно выделить 4 участка:

1 участок называют участок до начала спекания. Он характеризуется удалением всей влаги, прогревом изделия и его термическим расширением.

2 участок – это участок процесса спекания.

3 участок – это участок спекшегося состояния, характеризуется максимальными свойствами.

4 участок называется, пережег керамики. На этом участке начинается растрескивание керамики.

Дополнительная обработка изделий.

Наиболее распространено глазурование керамических изделий. Глазурь представляет собой тонкую стекловидную пробку длиной 80-240 мкм. Глазурь улучшает декоративные свойства изделия, препятствует проникновению жидкости, повышает прочность.

Глазурь можно наносить на черепок следующим образом:

1)окунанием; 2) поливом; 3) пульверизацией.

Для закрепления глазури на поверхности черепка необходимо проводить повторный обжиг, который называется политой обжиг.

Показатели качества:

Пористость по водопоглащению(10–12,5%), кислотоустойчивость  (при температуре равной 20 С выдерживает 48 часов), щелоче-устойчивость (6 часов), термическая стойкость (180-200 С), огнеупорность (1350 – 1580 С).

Выделим параметры, которые контролируются на определенных этапах производства:

-подготовка сырьевых материалов (определение влажности, набухания глин по Шмелеву, бентонитового числа, пластичности, связующей способности, зыбкости, показателя упругости, усушки, водопоглощения, огнеупорности, плавкости ;

-приготовление  шликеров, масс и полуфабрикатов (определение тонины помола, текучести, загустиваемости, удельного веса, формовочных свойств массы, прилипаемости масс, термической стойкости);

-приготовлении глазурей (определение плотности глазурной суспензии, щелочности, плавкости глазурей, вязкости глазурного расплава, поверхностного натяжения, термической стойкости);

-сушке (определение влагопроводности, чувствительности глин к сушке, коэффициента относительной влажности газов);

-обжиге ( регулирование температуры, газовой среды давления расхода газа и воздуха).

2.Статистическое регулирование технологического процесса.

2.1 Предварительное исследование состояния технологического процесса.

С целью принятия решения о переводе  на статистическое регулирование технологического процесса производства фаянсовой посуды проконтролируем такой параметр как влажность сырьевых материалов. Контроль проводим по количественному признаку на протяжении 10 месяцев (один раз в 15 дней). Результаты измерений сведены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты измерений и расчетов статистических характеристик

Продолжение таблицы 1

По результатам контроля каждой выборки вычисляем статические характеристики: , S, Me, R.

На основании этой информации вычисляем оценки параметров генеральной совокупности µ и σ.

Оценку параметра µ получаем как среднее арифметическое k значений :

µ =, где , (i = 1,...,k) (j = 1,...,n).

µ = 55,00%

Оценку σ получаем как среднее арифметическое k значений Si, умноженное на поправочный коэффициент С2:

, где .

Коэффициент определяем по таблице в зависимости от объема выборки.

Так как объем выборки n = 5, то = 0,95;

σ = 0,028%.

Таким образом, рассчитаны оценки параметров µ и σ, что позволит определить вероятную долю несоответствующей продукции (Р).

,

U = 55,10%, L = 54,91%;

=0,0009 или 0,9%

Далее необходимо оценить данный технологический процесс по точности, для чего определим индекс стабильности процесса Ср.

;   1 ≤ Ср < 1,33.

Поскольку полученное значение Ср находится в интервале от 1 до 1,33 и вероятностная доля дефектной продукции не велика – 0,9%, то данный технологический процесс признается удовлетворительным.

2.2 Контрольные карты

Контрольные карты (КК) являются основным инструментом статистического управления качеством продукции. Теория КК различает два вида изменчивости технологического процесса:

- Изменчивость из-за действия случайных факторов, обусловленных причинами, которые невозможно выявить;

- Реальные перемены в процессе (являются следствием некоторых определенных причин и могут быть устранены).

Считают, что процесс находится в статистически управляемом состоянии при отсутствии в нем второго рода изменчивости технологического процесса.

КК представляют собой простой графический метод оценки состояния статистически неуправляемого состояния процесса путем сравнения значений отдельных статистических данных (Х, Ме, S, R, p, np, c, u) из серии выборок или подгрупп с контрольными границами. КК применяют для сравнения получаемой по выборкам информации о текущем состоянии технологического процесса с контрольными границами, представляющими собой пределы собственной изменчивости ТП. КК используют для оценки того, находится или нет производственный процесс в статистически управляемом состоянии.

Так как используем контроль по количественному признаку, то и контрольные карты строим по количественному признаку.

Карты для количественных данных отражают состояние технологического процесса через расположение центра µ и расстояние σ, поэтому контрольные карты для количественных данных почти всегда двойные, одна карта следит за µ, вторая за σ. Построим двойную карту - R.

Используем данные, приведенные в таблице 2

Таблица 2 – Результаты измерений и расчетов статистических характеристик

Х-карта:   CL= µ=55,00

                  UCL= µ+A3S=55,00+1,427*0,03=55,043

                  LCL= µ-A3S=55,00-1,427*0,03=54,957

Рисунок 1

R-карта:   CL= R=0,08

                  UCL= D4*R=2,114*0,08=0,169

                  LCL= А3*R=0*0,08=0

Рисунок 2

Построив контрольные карты для исследования состояния технологического процесса мы не наблюдаем трендов и ни одна точка не выходит за границы регулирования, что означает что данный технологический процесс находится в статистически управляемом состоянии.

Для того, чтобы выбрать план контроля нужно знать:

- контролируемый параметр;

- V партии;

- V выборки;

- метод S, R, или σ;

- способ контроля;

- AQL.

N = 100; AQL = 1,0%. Контроль нормальный, уровень контроля  II общий.

Выбираем S-план.

Если >U или < L, партия бракуется, если нет, то определяем статистику качества по формулам:

;

.

Статистику качества сравнивают с контрольным нормативом К.

Использование контрольных карт на практике позволяет следить за состоянием процесса во времени, и более того, воздействовать на этот процесс до того, как он выйдет из-под контроля. Если все точки, представляющие состояние процесса на контрольной карте, входят в область, ограниченную контрольными границами, это указывает на то, что процесс протекает в относительно постоянных условиях, т.е. процесс стабилен и находится в контролируемом состоянии. Если значение показателя вышло за эти границы, то возможны два случая:

а) выпадающее значение – это значение, относящееся к генеральной совокупности, но выходящее за границы регулирования. В этом случае в технологический процесс вмешиваться не рекомендуется;

б) при изменении входных параметров (режима, исходного сырья, оборудования) значение показателя может выйти за границы регулирования. Следовательно, выпадающее значение относится к другой генеральной совокупности и выход за границы регулирования не случаен. В этом случае необходимо исследовать причину нарушения технологического процесса и устранить ее. Если значение выходит за границы регулирования, а предыдущие значения показателя качества находятся довольно близко к границе регулирования, то вполне вероятно, что процесс протекает с систематическими отклонениями. Если предыдущие значения беспорядочно рассеяны между верхней и нижней границами регулирования, то чаще всего отклонение будет случайным.

2.3 Опытное статистическое регулирование технологического процесса.

В процессе опытного статического регулирования, которое обычно осуществляется в течение месяца, можно уточнить границы регулирования и изменить план контроля: объем выборки, продолжительность между отборами. Обычно для регулирования технологического процесса используют КК.

Опытное статистическое регулирование технологического процесса (ТП) является третьим этапом при внедрении статистических методов регулирования ТП.

Цель этого этапа - обработка техники статистического регулирования, корректировки плана контроля (изменение объема и периодичности отбора выборок и т.д.), оценка стабильности технологического процесса путем подсчета среднего количества изделий между сигналами о разладках (чем больше это количество, тем стабильнее технологический процесс). Работа проводится исполнителем ТП (рабочим, наладчиком, оператором) при активном участии технологической службы и службы технического контроля.