Введение к работе
Актуальность работы. Начиная с ранних работ по квалиметрии, различают общую, специальную и предметную квалиметрию. Общая квалиметрия рассматривает общетеоретические проблемы, системы понятий, законы и методы теории оценивания, аксиоматику квалиметрии, теорию шкалирования. Наибольший вклад в развитие общей квалиметрии внесли Г.Г. Азгальдов, Э.П. Райхман, А.И. Субетто. Дальнейшее развитие общая квалиметрия получила в работах Г. С. Гуна и автора, которые предложили аксиоматику и логическую модель теории оценивания.
В специальной квалиметрии рассматриваются модели и алгоритмы
оценки, точность и достоверность оценок. Предметная квалиметрия трансформирует положения общей и специальной квалиметрии в методики оценки в конкретных предметных областях. В металлургии этому посвящены работы учёных магнитогорской школы: Г.С. Гуна., автора, М.В. Чукина, И.Ю. Мезина, И.Г. Гуна, В.М. Салганика, Н.Г. Шемшуро-вой, московских учёных: В.В. Бринзы, В.Т. Жадана, В.А. Маневича, В.А.Трусоваи др.
Вместе с тем, до настоящего времени не сформулирован общий принцип формирования иерархии свойств и их группировки на одном уровне дерева свойств.
Предлагаемые и реализованные подходы к комплексной оценке Качества метизов и технологий их производства, как правило, являются либо узкоспециализированными, направленными на решение конкретных задач оценки отдельных элементов производственных или технологических процессов и систем, или же являются сложно реализуемыми, требующими значительных затрат времени и ресурсов для получения комплексной оценки технологии.
Решение задачи рационального выбора сквозной технологии производства метизов с учетом всего комплекса предъявляемых к ней требований актуализирует необходимость выработки новых подходов и алгоритмов комплексной оценки результативности технологических процессов.
Методы оценки вместе с методами технологического управления качеством только совместно и дают практический результат - повышение качества метизов, разработка новых изделий повышенного качества и технологий их производства. Важность последнего и определяет актуальность темы диссертационной работы.
Цель исследования. Целью диссертации является разработка методологии комплексной количественной оценки качества метизов и технологий их производства, основанной на:
едином конструктивном принципе структурирования свойств метизов;
системном подходе к оценке качества изделий и технологических процессов;
оценке собственно параметров процесса, а не только качестве конечного результата в виде изделия.
Поставленная цель достигнута решением следующих задач:
совершенствование категорийного аппарата квалиметрии путём разработки понятий: функция объекта оценивания, потребительская фаза объекта, взаимодействие;
разработка принципов структурирования качества объектов с использованием функционального принципа;
разработка новых методов определения степени влияния от
дельных структурных единиц иерархии качества на групповые и ком
плексные оценки;
разработка методов свёртки оценок качества в групповую оценку, учитывающих синергетический эффект системы;
разработка показателей и методов комплексной оценки технологического процесса;
разработка методов пооперационного анализа качества технологического процесса.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Понятия и принципы функционально-целевого анализа как методологическая основа исследования структуры качества металлических изделий и технологических процессов их производства.
Комплекс требований к функциям свёртки оценок качества, отражающий системный подход к исследованию и оценке качества метизов промышленного назначения, учитывающий эффект эмерджентности в системах.
Процессный подход к оценке результативности технологических процессов производства метизов.
Методы совершенствования технологических процессов, основанные на принципах нечёткого моделирования с целью получения заданного качества метизов, а также методы факторного анализа для повышения результативности технологического процесса.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Основы функционально-целевого анализа:
Разработано понятие «функция объекта» (изделия, процесса), основанное на фундаментальных представлениях о взаимодействиях в физике. Определены три функции изделий, которые существенны для оценивания метизов: транспортная, монтажная и эксплуатационная. Обоснован
и определён период существования объекта оценивания, в котором он выполняет потребительские функции. Этот период предложено назвать потребительской фазой. Разработан метод анализа структуры качества объекта, основанный на анализе функций, выполняемых при его потреблении.
2. Системный подход к комплексной оценке качества:
Определён комплекс требований к операции свёртки, уточняющий известные ранее и опирающийся на положения логики относительных оценок. Введено понятие «акселерация оценок при свёртке», отражающее свойство эмерджентности в системах. Дано его математическое определение. Предложены функции свёртки, удовлетворяющие обоснованному в работе комплексу требований.
3. Процессный подход к оценке результативности технологического
процесса.
Разработаны понятия и методы локальной, глобальной и комплексной результативности многооперационного процесса производства, основанные на функциональном подходе к оценке технологического процесса и методы их оценки
4. Новые методы совершенствования технологическим процессом с
целью получения заданного качества метизов, повышения результатив
ности технологического процесса.
Разработаны методы оценки требований к заготовке на основе нечёткого моделирования для получения требуемого качества метизов в заданном технологическом процессе и метод факторного анализа результативности технологического процесса, позволяющий оценивать потенциальные возможности операций для повышения результативности технологического процесса.
Практическая ценность.
1. Разработан функциональный метод анализа качества витых изде
лий, отличающийся наиболее полным учётом требований потребителя к
кабелю. Определены понятия «функция изделия» и «свойство изделия».
Методом функционального анализа разработана структура качества геофизического кабеля, отличающаяся сетевым строением. Анализ структуры свойств изделия позволил выявить новое потребительское свойство геофизического кабеля - «жесткость», определяемое количественным показателем «осевая жесткость».
2. Разработана номенклатура показателей, характеризующая эффек
тивность процесса производства шаровых пальцев, включающая ком
плекс требований потребителя к качеству продукции и специальные тре
бования к технологическому процессу. Разработана методика оценки
технологической эффективности процессов производства шаровых паль-
цев, основанная на вычислении комплексной оценки с учётом свойства акселерации комплексной оценки.
Разработан комплексный показатель результативности технологического процесса производства высокопрочной арматуры железобетонных шпал (ЖБШ), формирующийся на основе глобального и локального показателей процесса и метод его анализа, позволивший определить технологические резервы для достижения заданного уровня потребительских свойств готовой продукции.
На основе разработанной методики нечёткого моделирования технологического процесса получены математические модели пооперационного изменения прочностных и пластических свойств заготовки для производства самонарезающих винтов на этапе подготовки металла к холодной объемной штамповке (ХОШ).
Реализация работы.
С использованием функционального метода разработаны оценки единичных и комплексного показателей качества геофизических кабелей, к производству рекомендован кабель новой конструкции диаметром 21,0 мм, как наиболее удовлетворяющий требованиям, предъявляемым потребителями.
На основе сравнения вычисленных квалиметрических оценок технологии производства шаровых пальцев выбран наиболее эффективный вариант технологического процесса производства шарового пальца ВМ505 (из дисперсионно-твердеющей перлитно-ферритной стали марки 27MnSiVS6).
Разработанный в результате исследований результативности технологического процесса производства высокопрочной арматуры для железобетонных шпал маршрут волочения апробирован в условиях ОАО «Магнитогорский метизно-калибровочный завод «ММК-МЕТИЗ» (ОАО «ММК-МЕТИЗ»).
Разработанные усовершенствованные режимы деформационной обработки в полном объеме внедрены в промышленное производство в условиях ОАО «ММК-МЕТИЗ». В результате в общей структуре несоответствующей продукции на 98 % были устранены несоответствия по показателям прочности и пластичности арматуры, что свидетельствует о значительном повышении результативности технологического процесса и повышении качества готовой продукции. Экономический эффект от внедрения разработок в производство составил 7,3 млн. руб.
4. Используя установленные на основе нечётких моделей количест
венные зависимости, определены диапазоны значений механических
свойств катанки, оптимальные с точки зрения технологичности стали на
операциях ХОШ самонарезающих винтов.
Рис. 1. Граф исследований и основных результатов диссертации
Граф исследований и основных результатов диссертации приведён на рис. 1.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на XXXVI Уральском семинаре «Механика и процессы управления» (Екатеринбург, 2006 г.); II Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2006 г.); 7-м (Москва, 2007 г.) и 8-ом (Магнитогорск, 2010 г.) Международных конгрессах прокатчиков; Международной научно-технической конференции «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов» (Санкт-Петербург, 2007 г.); школе-семинаре «Фазовые и структурные превращения в сталях» (Кусимово, 2008 г.); технических советах МКЗ, МММЗ, ОАО «ММК-МЕТИЗ» (2003-2011 гг.); технических советах ОАО «Автонормаль» (2007-2011 гг.); VIII Всероссийской школе-конференции молодых ученых «Управление большими системами (2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 монографии, 41 научная статья, из них 8 - в центральных изданиях до 2006 г., 16 - в изданиях из Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК РФ, получено 1 свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из 6 глав, изложена на 210 страницах машинописного текста, иллюстрирована 34 рисунками, содержит 39 таблиц, 8 приложений, библиографический список содержит 150 наименований.
Личный вклад автора заключается в разработке основ функционально-целевого анализа качества метизов и процессов их производства; реализации системного подхода при комплексной оценке качества, позволившего предложить новые функции свёртки оценок качества; разработке процессного подхода к оценке результативности технологического процесса; разработке новых методов управления технологическим процессом на основе нечёткой информации и факторного анализа комплексных оценок качества процесса.
