Разработка методик многофакторного анализа технологических измерений и проектирования параметров технологической линии при производстве ракетно-космической техники

I Актуальность исследования.

В последние годы производство ракетно-космической техники стало оснащаться современным технологическим оборудованием, позволяющим производить изделия, имеющие высокостабильные выходные характеристики. Уровень технологических отклонений в этом случае составляет 4,5 — 5 Сигм по отношению к допускам. Напомню, что в случае 5 Сигм на миллион идентичных технологических операций приходится лишь 233 операции с выходом параметра из установленных допусков [6,1]. Это весьма высокий показатель технологической точности и стабильности.

Однако метрологическое обеспечение и система измерений, сложившиеся в отрасли к этому времени, оказались недостаточными для эффективной работы в этих условиях, прежде всего в силу несоответствия точности результатов измерений высокой точности выполнения технологических операций. В последние годы в ракетно-космической отрасли явно обозначилась ситуация, когда измерения параметра изделия, производимого на высокоточном оборудовании, вследствие высокой дисперсии результатов измерений по сравнению с фактической дисперсией технологических отклонений параметра, нарушают действительную картину значений параметра и, например, в случае измерительного контроля приводит к неверным выводам контролера о пригодности изделия по контролируемому параметру, а в случае измерений внутри технологической линии приводит к большому разбросу выходного параметра изделия и, как следствие, высокому проценту брака.

Попытки модернизации метрологического обеспечения путем внедрения новых методик выполнения измерений (МВИ), предполагающих применение более точных средств измерений, потребовали значительного увеличения стоимости измерительных операций. И все равно не удалось достичь стабильности результатов измерений, соответствующей высокой стабильности выполнения технологической операции вследствие воздействия на результаты измерений влияющих факторов. Влияние этих факторов на производственном участке тем заметнее, чем меньше разброс технологических отклонений и неустранимое без анализа влияния этих факторов.

В последнее время в ракетно-космической отрасли остро выдвинуто требование приведения в соответствие метрологического обеспечения, в частности, точности измерений внутри современных технологических линий и при контроле — точности и стабильности выполнения технологических операций без привлечения дополнительных ресурсов и финансовых средств. Разработанные и предложенные автором методики многофакторного анализа и проектирования параметров технологической линии отвечают этим современным требованиям.

2. Предмет и объект исследования.

Предметом исследования является метрологическое обеспечение технологических процессов производства ракетно-космической техники.

Объектом исследования являются измерения технологических параметров изделия при его изготовлении на автоматической технологической линии с малыми технологическими отклонениями и при техническом контроле.

ЪДели и задачи исследования.

Главной задачей исследования является существенное снижение величины дисперсии результатов измерений технологических параметров с целью обеспечения высокостабильных выходных характеристик изделий ракетно-космической техники и снижения рисков изготовителя без привлечения дополнительных финансовых ресурсов. Для выполнения этой цели в исследовании реализуются следующие задачи:

— анализ состояния технологических измерений при производстве ракетно-космической техники в условиях внедрения в производство высокоточных и высокостабильных технологических линии;

— выявление доминирующих по влиянию на результаты технологических измерений факторов посредством специального алгоритма дисперсионного анализа;

— синтез алгоритма поэтапной оптимизации условий измерений по заданным критериям показателей правильности и прецизионности результатов технологических измерений с учетом комплексного воздействия влияющих факторов;

— проектирование параметров функционирования технологической линии с целью выявления набора проектируемых параметров, при котором воздействие влияющих факторов (шум-факторов) на результаты измерений рабочих характеристик изделия будет минимальным.

4. Методологическую и теоретическую основы исследования составили научные труды отечественных и зарубежных авторов в области теоретической и прикладной метрологии, законодательной метрологии, автоматизации производства и технологии машиностроения, математической статистики.

5. Информационную базу исследования составили научные источники в виде данных из книг, статей, научных докладов и отчетов, производственных отчетов и научно-технических конференций предприятий ракетно-космической отрасли, нормативные документы в области метрологии, машиностроения, а также результаты собственных расчетов и экспериментов автора.

6. Научная новизна исследования заключается в следующем.

Впервые автором поставлена принципиально новая проблема несоответствия высокой дисперсии результатов технологических измерений ничтожно малой дисперсии технологических отклонений на современном высокоточном производстве, предложены пути ее решения, которые осуществлены в условиях реального производства Космического Центра Хруничева.

Автор видит новизну исследования в том, что удалось доказать невозможность неограниченного снижения дисперсии технологических измерений только совершенствованием технических средств, улучшением точностных характеристик применяемых средств измерений. Кроме того, автором разработаны новые методики оптимизации измерений технологических параметров изделий ракетно-космической техники — методика многофакторного анализа и методика проектирования параметров технологической линии.

На всех этапах исследования автор принимал непосредственное личное участие в получении результатов — лично собирал и обрабатывал данные результатов измерений технологических параметров, анализировал их, выявил проблему и предложил пути ее раз решения, разработал соответствующие методики оптимизации измерений.

7. Практическая значимость исследования и апробация результатов исследования.

Результаты выполненного исследования и рекомендации, высказанные в работе, рекомендованы к внедрению в производственных подразделениях ГКНПЦ им. М. В. Хруничева (Заключение научно-технического совета № 525/14 от 07.04.2006 г.).

Доклад «Методики оптимизации измерений при производстве и испытаниях ракетно-космической техники» был сделан автором на расширенном производственно-техническом совещании на космодроме «Байконур».

Метрологической службой космодрома «Байконур» основные положения исследования рекомендованы к практическому использованию в подразделениях предприятий Роскосмоса.

Список публикаций автора по исследуемой проблеме. А) Проблемы измерений в системе технического контроля промышленного предприятия. — Компетентность, № 5, 2004.

Б) Анализ состояния измерений при техническом контроле параметров изделий в промышленности. — Приборы +автоматизация, № 12,2004. В) Эффективность работы метрологической службы. — Компетентность, № 4, 2005.

Г) Точность измерений параметров рабочей характеристики изделия в условиях непрерывности улучшений технологического процесса. — Приборы +автоматизация, № 6,2005.

Д) Проектирования параметров технологических измерений. — Компетентность, № 10,2005.

Е) Анализ факторов, влияющих на результаты технологических измерений, и оптимизация их выполнения. — Приборы +автоматизация, № 12.2005. Ж) Статистически планируемый эксперимент как метод проектирования параметров технологической линии. — Измерительная техника, № 2,2007 г. 8. Основные положения, выносимые на защиту.

На основе анализа данных измерительной информации автором доказана невозможность снижения дисперсии результатов технологических измерений на современном производстве ниже некоторого порога только совершенствованием применяемых средств измерений.

В целях снижения дисперсии результатов измерений технологических параметров изделий ракетно-космической техники автором разработана и осуществлена в условиях реального производства методика многофакторного анализа технологических измерений которая позволяет существенно снизить дисперсию результатов измерений технологических параметров без привлечения дополнительных финансовых средств.

Автором разработана и осуществлена методика проектирования параметров технологической линии, позволившая достичь высокой стабильности выходных параметров изделия на уровне 4,5- 4,8 сигма по отношению к допускам.

Выводы.

Метрологическое обеспечение и система измерений, сложившиеся в ракетно-космической отрасли в последнее время, оказались недостаточными для эффективной работы в условиях внедрения в производство высокоточных и высокостабильных технологических линий, прежде всего в силу несоответствия точности результатов измерений высокой точности выполнения технологических операций.

В последние годы в ракетно-космической отрасли явно обозначилась ситуация, когда измерения параметра изделия, производимого на высокоточном оборудовании, вследствие высокой дисперсии результатов измерений по сравнению с фактической дисперсией технологических отклонений параметра, нарушают действительную картину значений параметра и, например, в случае измерительного контроля приводит к неверным выводам контролера о пригодности изделия по контролируемому параметру, а в случае измерений внутри технологической линии приводит к большому разбросу выходного параметра изделия и, как следствие, высокому проценту брака.

Для исключения негативных последствий этой ситуации разрабатываются более совершенные методики выполнения измерений (МВИ), использующие в первую очередь более точные средства измерений и обеспечивающие некоторое уменьшение дисперсии результатов измерений. Однако при этом повышаются затраты на измерения, что противоречит экономическим соображениям. В работе показано, что и при этом не удается снизить дисперсию ниже некоего порога, обусловленного наличием влияющих факторов, присущих технологическим измерениям, и тем более заметного, чем меньше разброс технологических отклонений параметров изделия. Доказана невозможность снижения дисперсии результатов технологических измерений ниже некоторого порога только совершенствованием средств измерений.

Достичь необходимого снижения дисперсии результатов измерений в этих условиях возможно лишь путем анализа влияющих факторов с последующей минимизацией их влияния.

Результаты.

Выполненный автором анализ этих факторов с последующей минимизацией их влияния посредством научно обоснованных методик многофакторного анализа и проектирования параметров технологической линии позволил решить проблему, притом без привлечения дополнительных средств и ресурсов.

Применяемые на производстве комплексно методики многофакторного анализа и проектирования параметров технологической линии позволили существенно снизить дисперсию результатов измерений контролируемых параметров без увеличения затрат на измерения.

Этот факт сам по себе весьма значим на современном производстве с высокостабильным и высокоточным оборудованием, так как позволяет перейти на качественно новый уровень стабильности выходных характеристик изделия.

Кроме того, предлагаемые автором методики позволили заметно снизить риск изготовителя. В самом деле, согласно рекомендаций РМГ 29−99, п. 11.3 «нормальная область значений влияющей величины — это область значений влияющей величины, в пределах которой изменением результата измерений под ее воздействием можно пренебречь в соответствии с установленными нормами точности». В случае технологических измерений эти установленные нормы задаются в технологической документации. В свою очередь разработчики технологической документации руководствуются уже достигнутым минимальным уровнем влияния влияющих факторов на результат измерений, а, следовательно, и технологической операции, причем в этом случае рассматривается каждый влияющий фактор в отдельности, без учета комплексного воздействия факторов.

Снижая посредством методик многофакторного анализа и проектирования параметров величину влияния этих факторов на результат измерений, выражающемуся в снижении их величины стандартного отклонения, мы тем самым создаем предпосылки возможности для установления разработчиками ТД более узких (жестких) норм на точность измерений, что, как известно, будет соответствовать меньшим рискам изготовителя. И эти снижения рисков можно количественно оценить, используя, например, алгоритмы метода имитационного моделирования [2934].

Рекомендации.

Методики многофакторного анализа технологических измерений и проектирования параметров технологических измерений целесообразно использовать прежде всего при усовершенствовании технологических процессов производства ракетно-космической техники. Наиболее эффективно их применение во внутритехнологических измерениях параметров изделия в современных высокоточных и высокостабильных технологических линиях.

Методика многофакторного анализа может быть успешно применена при измерениях в системе технического контроля предприятия, так как это позволит существенно снизить риск изготовителя.

Кроме того, методики многофакторного анализа и проектирования параметров технологической линии могут быть с успехом использованы помимо ракетно-космической и в других отраслях промышленности, где все более широкое применение находят высокоточные технологии. Разработанные на основе данных результатов измерений технологических параметров в ракетно-космической отрасли, методики в части своего применения имеют универсальный характер.

Предложенные автором методики многофакторного анализа и проектирования параметров технологической линии рекомендованы научно-техническим советом (№ 525/14 от 07.04.2006 г.) к внедрению в производственных подразделениях Космического Центра Хруничева и других предприятиях Роскосмоса.

Заключение

.