Статистические методы в управлении качеством сборки многоэлементных изделий на автоматических роторных линиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 658.513.1

Статистические методы в управлении качеством сборки многоэлементных изделий на автоматических роторных линиях

В.В. Прейс,

Н.Е. Проскуряков

Тульский государственный университет, Тула, Россия

Аннотация

Для контроля качества сборки многоэлементных изделий массового выпуска на автоматических роторных линиях необходимы методы управления с оперативной обратной связью. Однако, из-за возможных сбоев в работе устройств и систем автоматической роторной линии, всегда существует реальная вероятность поступления дефектных (некомплектных) изделий в выходной технологический поток. Поэтому непрерывный выборочный контроль комплектности изделий, основанный на использовании статистических методов, остается важным элементом в управлении качеством сборки многоэлементных изделий массового производства на автоматических роторных линиях. Особенностью непрерывного выборочного контроля комплектности многоэлементных изделий в процессе сборки является его разрушающий характер, исключающий возможность возврата комплектующих элементов после выборочного контроля в технологический поток и приводящий к снижению фактической производительности сборочного оборудования. Поэтому использование статистических процедур для непрерывного выборочного контроля комплектности многоэлементных изделий при сборке на автоматических роторных линиях требует применения таких планов выборочного контроля, которые обеспечивали бы минимальный объем контрольных выборок. Сравнение значения пределов среднего выходного уровня дефектности для плана непрерывного выборочного контроля CSP и для плана автоматизированного непрерывного выборочного контроля ACSP показывает возможность обеспечения более низких предельных значений среднего выходного уровня дефектности с использованием плана ACSP-1. Также, средний объем выборки при использовании плана ACSP-1 меньше, чем при использовании плана CSP-1. Применение статистических методов в управлении качеством сборки многоэлементных изделий на автоматических роторных линиях, предусматривающих использование предложенных планов и методов непрерывного выборочного контроля, позволяет автоматизировать процедуры выборочного контроля и обеспечить требуемый уровень качества собираемых изделий при минимизации объемов выборок.

Ключевые слова: сборка, автоматическая роторная линия, статистические методы, непрерывный выборочный контроль.

контроль автоматический роторный комплектность

Современное сборочное производство изделий массового выпуска характеризуется непрерывностью технологического процесса, высокой степенью автоматизации и высокой производительностью технологического сборочного оборудования. Автоматические роторные линии применяют для сборки многоэлементных изделий массового выпуска в различных отраслях машино- и приборостроения, как в нашей стране, так и за рубежом [1 ? 3]. Производительность автоматических роторных линий, в зависимости от типа и размера собираемого многоэлементного изделия, может составлять от 100 до 1000 шт./мин.

Качество сборки многоэлементных изделий обеспечивается высокими требованиями к качеству комплектующих изделий, а также к надежности основных технологических систем в автоматической роторной линии. С точки зрения надежности автоматические роторные линии относятся к сложным восстанавливаемым системам, отличительными чертами которых являются многоуровневая структура и способность функционировать с различными уровнями фактической производительности. Технологические роторы образуют многоканальную часть линии, обладающую свойством повышенной живучести, характеризующуюся тем, что в случае отказа функционального устройства или инструмента в одном из роторов линия сохраняет способность функционировать, но с меньшей производительностью.

Надежность основных технологических систем автоматической роторной линии обеспечивается конструктивными методами, например, путем резервирования систем автоматической нагрузки собираемых элементов изделия, и организационными методами, в частности, путем выбора оптимальной стратегии обслуживания многоканальной части автоматической роторной линии [ 4 ].

Для управления качеством сборки многоэлементных изделий массового выпуска на автоматических роторных линиях необходимы методы контроля с оперативной обратной связью. Управление качеством автоматизированной сборки изделий осуществляется путем использования в их структуре линии контрольных устройств и информационно-управляющей системы, обеспечивающих сплошной контроль наличия комплектующих элементов в технологическом потоке, управление системами автоматической загрузки (отказ от подачи последующего элемента на сборку при отсутствии предыдущего элемента), удаление некомплектных изделий из технологического потока и т.п.

Однако, из-за возможных отказов в работе вышеперечисленных устройств и систем автоматической роторной линии, всегда существует реальная вероятность получения дефектных (некомплектных) изделий в выходном потоке. Поэтому важным элементом управления качеством сборки изделий массового выпуска на автоматических роторных линиях остается непрерывный выборочный контроль комплектности изделий, базирующийся на применении статистических методов [5-9].

Особенностью непрерывного выборочного контроля комплектности изделий при автоматизированной сборке является его разрушающий характер, исключающий возможность возврата собираемых элементов после контроля в общий технологический поток, что приводит к снижению фактической производительности сборочного оборудования. Поэтому использование статистических процедур для непрерывного выборочного контроля при сборке многоэлементных изделий на автоматических роторных линиях требует применения таких планов контроля, которые обеспечивали бы минимальный объем контрольных выборок.

Традиционная схема непрерывного выборочного контроля представляет собой чередование периодов сплошных и выборочных проверок. При одностадийном контроле переход от сплошного контроля к выборочному контролю осуществляется при условии успешной приемки подряд n изделий. Выборочный контроль проводится с частотой f и при первом же появлении бракованного (некомплектного) изделия переходят к сплошному контролю. При многостадийном контроле используют несколько различных частот.

Впервые модели плана непрерывного выборочного контроля CSP (continuous sampling plan) были предложены Доджем и Ромигом [ 10 ]. Так, при использовании одностадийного плана CSP-1 контроль начинается со сплошной проверки изделий, начиная с первого выпускаемого изделия. Такая проверка производится до тех пор, пока через контрольное устройство не пройдет подряд i годных изделий. После этого начинается выборочный контроль с частотой f, продолжающийся до тех пор, пока не будет обнаружено некомплектное изделие. Сразу возобновляется сплошная проверка, которая продолжается до тех пор, пока не будет выполнено требование прохождения через контрольное устройство подряд i комплектных изделий.

Чередование процедур выборочного контроля и сплошного контроля при появлении брака приводит к тому, что контрольные устройства автоматической роторной линии должны работать с переменной производительностью.

С целью устранения указанного недостатка были разработаны модели планов автоматизированного непрерывного выборочного контроля ACSP (automated continuous sampling plan) [ 11 ]. Эти планы позволяют проводить контроль ритмично, что значительно упрощает конструкции самих контрольных устройств и встраивание их в сборочные автоматические роторные линии. Например, при одностадийном плане АCSP-1 контролируют каждое f ^?1 изделие. При этом текущая последовательность i изделий, выпущенных автоматической роторной линией, находится в накопителе. При появлении среди выборочно контролируемых изделий некомплектного изделия объем накопителя уводится из потока на разбраковку, а линия налаживается.

Поскольку в автоматической роторной линии собираемые изделия находятся в процессе непрерывного транспортирования, то при использовании плана автоматизированного непрерывного выборочного контроля, в объем накопителя могут быть включены также изделия, подвергнутые автоматическому контролю, но находящиеся внутри группы из i накапливаемых изделий. В этом случае объем накопителя может быть рассчитан по формуле .

В случае, когда дефектные изделия не заменяются годными, что характерно для автоматизированной сборки многоэлементных изделий массового выпуска, выражения для среднего выходного уровня дефектности имеют вид:

- для одностадийного плана CSP-1

; (1)

- для одностадийного плана ACSP-1

, (2)

где ? вероятность обнаружения дефектного (неполного) продукта.

Выражения для среднего объема выборок имеют вид:

- для одностадийного плана CSP-1

; (3)

- для одностадийного плана ACSP-1

. (4)

Проведен сравнительный анализ среднего выходного уровня дефектности и среднего объема выборки по вышеуказанным планам.

Анализ зависимостей (1) и (2) показывает возможность обеспечения более низких предельных значений среднего выходного уровня дефектности при использовании плана ACSP-1 (рис. 1).

Рис. 1. Сравнение предельных значений среднего выходного уровня дефектности при использовании плана CSP-1 и плана ACSP-1 (для = 20)

Анализ зависимостей (3) и (4) показывает, что средний размер выборки для плана ACSP-1 меньше, чем для плана CSP-1 (рис. 2).

Рис. 2. Сравнение среднего объема выборки при использовании плана CSP-1 и плана ACSP-1 (для = 20)

Таким образом, результаты моделирования показали, что применение плана ACSP-1 улучшает качество контроля по обоим параметрам - и .

Применение результатов исследований

Применение планов непрерывного выборочного контроля для решения задач управления качеством автоматизированной сборки многоэлементных изделий массового выпуска позволило предложить новый способ реализации автоматизированного статистического контроля. Целью способа является обеспечение предела среднего выходного уровня дефектности в результате непрерывного выборочного контроля и возможной разбраковки или отбраковки изделий по результатам контроля.

Суть предлагаемого способа заключается в том, что изделия для контроля с определенной частотой отбирают из технологического потока и производят накопление не проконтролированных изделий в накопителе, который располагают за устройством контроля. При обнаружении одного или нескольких дефектных изделий в устройстве контроля, изделия, содержащиеся в накопителе, выводят из потока для их отбраковки.

Объем накопителя превышает число изделий, изготовленных за период между выборочным контролем, причем выборочный контроль осуществляют несколькими одноименными или разноименными устройствами контроля с отдельными накопителями или общим накопителем.

Рис. 3. Схема реализации предлагаемого способа непрерывного выборочного контроля качества сборки изделий на автоматической роторной линии: 1 -ротор контроля; 2 - накопитель; 3 - устройство для удаления изделий;4 - устройство хранения и разбраковки; 5 - конвейер

На рис. 3 показана схема для реализации предлагаемого способа непрерывного выборочного контроля качества сборки многоэлементных изделий на автоматической роторной линии.

Собранные изделия загружаются с конвейера 5 на соответствующие устройства контроля, расположенные в роторе контроля 1 с частотой f. После проведения выборочного контроля в контрольных устройствах не проконтролированные изделия остаются внутри накопителя 2, который может быть продолжением конвейера 5 или отдельным транспортным элементом автоматической роторной линии. При обнаружении дефектного изделия, устройство 3 для удаления изделий, сбрасывает не проконтролированные изделия в устройство 4 хранения и разбраковки. Изделия в устройстве 4 проходят разбраковку с возвратом или без возврата годных изделий на конвейер 5 в соответствии с технологией контроля.

Предлагаемые решения позволят приступить к созданию автоматизированных систем контроля качества, обеспечивающих комплексное решение проблемы повышения качества сборки многоэлементных изделий массового выпуска на основе применения статистических методов и процедур, автоматизированных технических средств управления технологическим потоком и автоматизированных систем управления информацией [12].

Таким образом, применение статистических методов для решения задачи управления качеством автоматизированной сборки многоэлементных изделий на автоматических роторных линиях, предусматривающих использование предлагаемых планов и методов непрерывного выборочного контроля, позволяет обеспечить автоматизацию процедур контроля качества и требуемый уровень качества изделий при минимизации объемов выборок.

Предложенный способ статистического контроля качества сборки многоэлементных изделий позволяет обеспечить в контролируемой продукции ограничение уровня дефектности до определенной величины, заложенной в требованиях заказчика.

Список литературы

1. Каталог продукции. ОАО «Конструкторское бюро автоматических линий имени Л.Н. Кошкина», http://kbal.ru/.

2. Continuous rotating machines, Telerobot S.P.A., Genova, http://www.telerobot.it/.

3. High speed assembly machines, Norwalt Design, Inc., Randolph, http://www.norwalt.com/.

4. Прейс В.В. Надежность автоматических роторно-конвейерных линий для сборки многоэлементных изделий, Сборка в машиностроении, приборостроении. 10 (2003) 17-22.

5. Edward G. Schilling, Dean V. Neubauer, Acceptance Sampling in Quality Control, 2^nd ed., CRC Press, Boka Raton, 2009.

6. Montgomery D.C. Introduction to Statistical Quality Control, 6^th edition. John Wiley & Sons, New York, 2009.

7. Hastie T., Tibshirani R., Friedman J. The elements of statistical learning: data mining, inference and prediction, 2^nd ed. (Springer series in Statistics), Springer Science+Business Media, LLC, 2009.

8. D.V. Neubauer, S.N. Luko, Statistical standards and astm. Part 2, Quality Engineering. Т. 23. № 1 (2011) 100-104.

9. Gomboeva S.G., Hamhanova D.N., Shishkin I.F., Vasendina E.A., Plotnikova I.V., Efremova O.N. Sampling control planning on the base of operating characteristics and with a grapho-analytical method, Key Engineering Materials. Т. 685 (2016) 463-466.

10. Dodge H.F., Romig H.G. Sampling Inspection Tables, Single and Double Sampling, 2^nd ed. John Wiley & Sons, New York, 1959.

11. Gorelov A.S., Preis V.V., Savvina E.A. Automated Statistical Monitoring of Manufacturing Products, Russian Engineering Research, Vol. 27, No. 11 (2007) 791-795.

12. Gorelov A.S., Preis V.V., Soskov V.B. Design Principles for Integrated Automated Statistical Quality-Control Systems in Manufacturing, Russian Engineering Research, Vol. 28, No. 3 (2008) 251-254.

Размещено на Allbest.ru