sbornik2011.pdf (страница 353) Скоромолов И.О

М.Н. Норкина, И.И. Усольцева

АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ КАЧЕСТВА, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ПОВЕРКЕ

МАНОМЕТРОВ

Научный руководитель: И.И. Усольцева, к.т.н., доцент

Самарский государственный технический университет, г.Самара [e-mail]

Во всех центрах стандартизации и метрологии (ЦСМ) разработаны и внедрены системы менеджмента качества (СМК) на основе ИСО 9001-2008, позволяющие эффективно управлять деятельностью ЦСМ и обеспечивать своевременную поверку средств измерений метрологических служб юридических и физических лиц. Однако сроки поверки некоторых средств измерений не выполняются, что создает проблемы как владельцу средств измерений, так и ЦСМ.

Для реализации принципа менеджмента «Принятие решений, основанных на фактах» необходимо производить постоянный мониторинг процесса поверки с последующим анализом результатов с помощью статистических методов. Это позволит эффективно решать проблемы качества и обеспечить своевременную поверку средств измерений.

В работе рассмотрен пример анализа проблемы периодического невыполнения сроков поверки манометров в одном из отделений Оренбургского ЦСМ. Несвоевременность поверки манометров с позиции идеологии «качества» может быть рассмотрено как несоответствие. Для выявления причин возникновения данного несоответствия и разработки мероприятий по их устранению (корректирующих действий) использованы следующие инструменты качества: диаграмма протекания процесса, диаграммы «причина – результат» Исикавы и Парето, аффинная диаграмма, диаграмма «дерево», портфолио-диаграмма и сетевой график [1]. В процессе отдельных исследований проводился брейнсторминг (мозговой штурм). Эти инструменты способствуют решению проблем качества при планировании и проведении процесса поверки и ориентированы на удовлетворение внешних

ивнутренних потребителей – владельца средств измерений и исполнителя поверочных работ.

Графическое представление процесса поверки в виде диаграммы протекания процесса (блок-схема) позволило описать последовательность процесса поверки с указанием операций, лиц выполняющих данные действия

идокументации, сопровождающей этот процесс. Определены элементы процесса проведения поверочных работ, установлены и разделены сферы ответственности между заказчиком и исполнителем, установлен объем соответствующей сопроводительной документации и порядок ее оформления. В результате проведения брейнсторминга собраны возможные причины несвоевременного выполнения поверки манометров. При этом

80

наиболее пристальное внимание уделялось ромбам принятия решений, где возникновение несоответствий наиболее вероятно. Несоответствия сгруппированы по категориям: заказчик, сотрудники ЦСМ, средства поверки, организация поверки, окружающая среда, и представлены в виде диаграммы «причина – результат».

Из причин, влияющих на выполнение срока поверки манометров, были выбраны наиболее значимые. Проведено парное сравнение этих причин, позволившее определить их приоритеты. В результате проведения анализа Парето определены те причины, которые дают 80% несоответствий и устранение которых благоприятно отразится на решении проблемы. К ним относятся:

−низкая производительность средств поверки;

−не универсальность средств поверки;

−несвоевременность поверки эталона;

−значительные затраты времени на оформление документации. Исходя из перечисленных причин, определена цель дальнейших

исследований – сократить сроки нахождения манометров технических на поверке в метрологической службе ЦСМ до установленных графиком поверки.

В дальнейшем поведен брейнсторминг и собраны возможные ответы на вопрос: «Что способствует сокращению сроков поверки манометров?». Для повышения результативности работы группы от всех участников требовалась формулировка своего «спонтанного» высказывания в более конкретной форме, после чего оно заносилось в карточку. В результате группировки карточек по родственным темам построена аффинная диаграмма с кластерами: потребители (заказчик услуги), сотрудники организации, средства поверки и организация поверки.

Дальнейшее исследование проблемы нашло отражение в диаграмме «дерево», что позволило упорядочить изображение связей между проблемой и ее отдельными элементами и выявить наиболее сильные связи. Рассмотрены две ветви диаграммы «дерево» - «организация поверки» и «средства поверки», которые представлены в виде диаграммы «цельсредство». Для ветви «организация поверки» оптимальным средством достижения цели является сетевой график; для ветви «средство поверки» таким средством может быть приобретение нового эталонного калибратора типа 501 ПКД-Р, позволяющего обеспечить одновременно поверку нескольких манометров и сократить время поверки.

Для построения портфолио-диаграммы разработана анкета опроса потребителей (заказчик услуги), включающая пять областей: образование персонала ЦСМ, своевременность поверки эталона, производительность и универсальность средств поверки, время оформления документации. Для каждой области выполнена оценка важности и удовлетворенности потребителя с использованием десятибалльной шкалы. Портфолиодиаграмма позволила противопоставить области решения проблемы для манометров с аналогичными областями для других средств измерений,

81

поверяемых в ЦСМ. Построен график. Выявлены наиболее слабые области, требующие улучшений процесса поверки манометров. На первом месте - низкая производительность средств поверки, далее – значительные затраты времени на оформление документации.

Исходя из портфолио-диаграммы, можно отметить то, что выделяя ресурсы на приобретение более универсальных средств поверки манометров и сравнивая предполагаемые результаты опроса в следующем полугодии с результатами опроса по поверке других средств измерений, можно с уверенностью сказать, что ситуация должна выправиться, и проблем с задержкой в поверке манометров по вине исполнителя больше не возникнет.

Для выявленных областей разработаны два пути решения проблемы. Одним из таких решений является сетевой график процесса поверки. При его разработке установлены действия (подпроцессы), определены исполнители и время для выполнения каждого действия. Выполнена группировка подпроцессов, рассчитаны ранние и поздние сроки их выполнения. Анализ сетевого графика показал, что группировка подпроцессов выполнена рационально: все подпроцессы имеют «буфер» (запас времени) и отсутствует «опасный путь». Следовательно, поверка манометров будет выполнен в срок, если время «буфера» не будет превышено исполнителями по какой-либо причине. Вторым решением является закупка автоматизированной системы для поверки манометров на базе эталонного калибратора давления типа 501 ПКД-Р.

Проведенный анализ результатов мониторинга характеристик процесса поверки манометров позволил выявить причины несвоевременного выполнения поверки, разработать мероприятия по их устранению и значительно сократить сроки проведения поверки.

Литература

1. Логанина, В.И. Статистические методы контроля и управления качеством продукции / В.И. Логанина, А.А. Федосеев. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 219с.

Е.Г. Носова

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД МЕХОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Научный руководитель: С.Ю. Теплых, к.т.н., доцент

Самарский государственный архитектурно-строительный университет, г. Самара

[e-mail]

Сточные воды меховых предприятий представляют собой сложную систему, содержащую большое количество разнообразных минеральных и органических примесей. Поступающая на выделку овчина содержит большое

82

количество различных загрязнений, которые необходимо удалить при обработки шкур: волосяной покров (шерсть) загрязнен частицами грунта, глины и мелкого песка, семенами растений, сухим пометом, жиропотом (шерстяным жиром и шерстяным потом - растворами калиевых солей, масляной, стеариновой, муравьиной и пропионовой кислотами, хлористым и фосфорнокислым калием), солями аммония, железа и кальция.

При мездрении в сточные воды попадает мускульно-жировой слой кожевой ткани вместе с излишками дермы, при стрижки – часть шести (волоса).

При консервации парного сырья используется хлорид натрия (соль). В мокросоленых законсервированных шкурах чистого веса 3,2 кг дополнительно находится около 768 г NaCl.

Сточные воды после выделки и крашения шкур характеризуются присутствием таких загрязняющих веществ, как соли хрома (III) и (VI), жиры, ПАВ и красители. Концентрация основных контролируемых загрязнений зависит от вида перерабатываемого сырья и принятой технологической схемы, и могут составлять: Cr3+ 2200 - 3700 мг/л; животные жиры 2500 - 3600 мг/л; ПАВ 1500 - 3200 мг/л. рН сточных вод отдельных процессов колеблется в пределах от 3,5 до 8,5.

Доминирующим в отечественных типовых проектах является биологический метод очистки объединенных стоков всех технологических процессов переработки шкур. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество бактерий. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрат - и сульфат ионы и др. Эффективность процессов биологической очистки зависит от многих факторов – температуры сточных вод, применяемых в основной технологии ПАВ, химического состава реагентов, и т.п.

Реагентные методы, применяемые для очистки подобных сточных вод от красителей, ионов хрома, с одновременной нейтрализацией рН, в настоящее время уступают по экологической и экономической целесообразности электрохимическим методам. В то же время высокая концентрация ионов хрома не позволяет применять электро – и гальванокоагуляцию в «прямом виде», т.к. происходит пассивация стального анода восстановленным хромом, и процессы электрохимического растворения анодов полностью прекращаются.

Для снижения концентрации ионов хрома (III) до 250 мг/л (нижний порог работы гальванокоагулятора до пассивации анодного материала) или до 50 мг/л для электрокоагуляции необходимо разбавление стоков соответственно в 5 - 10 раза.

Поскольку наиболее неблагоприятное влияние на уровень биологической очистки оказывают ионы хрома и красители, предлагается выделять сточные воды после процессов пикелевания, дубления и крашения в самостоятельную линию.

83

Литература

1.Очистка сточных вод предприятий кожевенной и меховой промышленности. / Ласков Ю.М., Федоровская Т.Г., Жмаков Г.Н..-М.6 Легкая и пищевая промышленность, 1984.-168 с.

2.Канализация населенных мест и промышденных предприятий. Справочник проектировщика. / Н.И. Лихачев, И.И. Ларин, С.А. Хаскин и др.; Под общей редакцией В.Н. Самохина. - М.: Стройиздат, 1981 - 639 с.

Д.М. Нуртдинова

МУЛЬТИМЕТОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ

ЭВОЛЮЦИОННОЙ СТРАТЕГИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

ОДНОМЕРНОГО РАСКРОЯ И ПОКРЫТИЯ

Научный руководитель: А.С. Филиппова, д.т.н., доцент

Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа [e-mail]

Одномерные задачи упаковки и максимального покрытия принадлежат к классу NP-трудных задач [1], то есть не существует точных методов решения полиномиальной сложности. Поэтому актуальной является разработка простых эвристических алгоритмов полиномиальной сложности, которые позволяют получать хорошее решение за допустимое время. Для решения одномерных случаев предлагается использовать мультиметодную технологию конструирования алгоритмов. Она детально разработана Ю.Н. Валиахметовой для двухмерной упаковки [2]. Эта технология основана на методе комбинирования эвристик И.П. Норенкова [3]. В статье предлагается для решения одномерных задач использовать мультиметодную технологию с эволюционной стратегией.

Одномерная задача раскроя. Материал поступает в виде одинаковых стержней длины L для раскроя на заготовки заданных размеров li, где m – количество заготовок. Требуется раскроить стержни на заготовки с наименьшими затратами материала.

Одномерная задача максимального покрытия. Задана длина L

покрываемого стержня и имеется m исходных заготовок заданной длины li. Требуется найти план полного покрытия максимального количества стержней исходными заготовками.

Идея мультиметодного декодера заключается в том, чтобы кодировать план упаковки не перечислением заготовок, а последовательностью простых эвристик. Для реализации мультиметодного декодера будем использовать следующие эвристики: первый подходящий (FF), лучший подходящий (BF) и худший подходящий (WF) [1]. Например, если код упаковки для задачи раскроя стержней на пять заготовок: {WF, FF, BF, WF, BF}. В соответствии с

84

данным кодом первая раскроенная (отрезанная от стержня) заготовка будет выбрана по методу худший подходящий, имеющий смысл увеличения остатка, т.е. эвристика WF выберет и упакует самый маленький предмет. Далее следует проверка на остаточный размер стержня. Если есть заготовки не больше остатка, то эвристика FF оставшиеся (неполученные) заготовки отсортирует по убыванию, и выберет первую подходящую заготовку, размер которой не больше остатка. Эвристика BF из оставшихся выбирает наибольшую заготовку, которую можно получить из остатка стрежня и т.д. Эволюционная стратегия поиска, применяемая для решения задачи, позволяет рассмотреть большое количество кодов и соответственно допустимых решений и выбрать из них лучшее.

Для решения одномерных задач раскроя и покрытия используют эволюционные стратегии. Яркий представителем этих стратегий является - генетический алгоритм. Общая схема генетического алгоритма включает в себя процедуры скрещивания и мутации. При реализации общих принципов эволюционной стратегии в комбинаторных задачах используются различные способы кодирования для представления допустимого решения виде хромосомы и декодеры для преобразования хромосомы в решение.

Мутация - это преобразование хромосомы, которое случайно изменяет одну или несколько ее позиций (генов). Наиболее распространенный вид мутаций - случайное изменение только одного из генов хромосомы. Рассмотрим некоторые способы мутации:

«Шифрование». Выполняется на одиночной хромосоме. При её осуществлении меняется план раскроя согласно ключу шифра.

Например, FF, родительской хромосомы, меняется на BF; BF, в свою очередь, на WF; WF – на FF. Дана родительская хромосома: PL={FF, BF, FF, WF, BF}, после процедуры «шифрование», примет вид PL'={BF, WF, BF, FF, WF}.

«Оператор инверсии». Также выполняется на одиночной хромосоме. Изменяется последовательность аллелей (последний ген меняется местами с первым, предпоследний со вторым и т.д.) между двумя случайно выбираемыми позициями в хромосоме.

Например, пусть дана родительская хромосома PL={FF, BF, FF, WF, BF}, после инверсии примет вид PL'= {BF, WF, FF, BF, FF}

Скрещивание - процесс случайного обмена генами между двумя родительскими хромосомами.

«Точечное скрещивание». Для пары родительских хромосом разыгрывается позиция гена (локус), определяющая так называемую точку скрещивания.

Например, дана пара родительских хромосом PL1={FF, BF, FF, WF, BF} и PL2={BF, FF, WF, FF, WF} и точка скрещивания- 3 . Тогда в результате скрещивания получим двух потомков: PL1’={FF, BF, FF, FF, WF}

и PL2’={BF, FF, WF, WF, BF}.

«Двухточечное скрещивание». Отличается от точечного тем, что родительские хромосомы обмениваются участком генетического кода,

85

который находится между двумя случайно выбранными точками скрещивания.

Например, для тех же родителей даны точки скрещивания - 2 и 4 . После проведения операции скрещивания получим двух потомков: PL1’={FF, FF, WF, FF, WF} и PL2’={BF, BF, FF, WF, BF}.

«Многоточечное скрещивание». Представляет собой обобщение предыдущих операций и характеризуется большим количеством точек скрещивания.

Например, используя ту же пару родителей, имеем точки скрещивания 1,3 и 5. В результате скрещивания получим двух потомков: PL1’={BF, BF, WF, WF, WF} и PL2’={FF, FF, FF, FF, BF}.

Также можно использовать в качестве точек скрещивания случайно выбранную эвристику, например WF. Тогда получим другую пару потомков: PL3'={FF, BF, FF, FF, BF} и PL4’={BF, FF, FF, FF, BF} .

Кроме этого возможно реализовать два варианта применения мультиметодной технологии:

1)мультиметодный равновероятностный алгоритм. Все эвристики, используемые в данном мультиметодном алгоритме, в декодере равновероятны, т.е. вероятность попадания в код соответственно p1=0,33; p2=0,33 p3=0,34;

2)мультиметодный форсированный алгоритм. С помощью вычислительного эксперимента по эффективности простых эвристик были определены вероятностные параметры применения простых эвристик в рамках мультиметодного алгоритма. Все эвристики имеют своё значение вероятности попадания в код-хромосому.

Литература

1.Мухачева Э.А., Валеева А.Ф., Мухачева А.С. Методы локального поиска в задачах оптимального распределения ресурса. Учебное пособие. –Уфа: Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, 2001, -104 с

2.Филиппова А.С., Валиахметова Ю.И. Мультиметодный генетический алгоритм для решения задач ортогональной упаковки // М.: Новые технологии. Информационные технологии, №12, 2007. С. 50-57

3.Норенков И.П., Косачевский О.Т. Генетические алгоритмы комбиринования эвристик в задачах дискретной оптимизации // Информационные технологии. №2, 1999. С. 2 – 7.

4.E.Zak, C Rennik Cutting and Packing: Sciving and 2d Guillotine problems //The Sixteenth Triennial Conference of the International Federation of Operational Research Societies.

86

Е.А. Овчинников, Ю.Л. Береснев

ИНТЕГРИРОВАННАЯ ЛИНИЯ СБОРКИ ШАРОШЕК

БУРОВЫХ ДОЛОТ

Научный руководитель: Ю.Л. Береснев, к.т.н., доцент

Самарский государственный технический университет, г.Самара [e-mail]

На данный момент на предприятии ЗАО «Волгабурмаш» г. Самара используется технологический процесс сборки шарошки бурового долота, выполнение которого обеспечивается вручную. Предлагается выполнять технологический процесс сборки в автоматическом режиме на интегрированной линии. Технологическая компоновка позволяет разместить максимально компактно следующее оборудование:

модуль измерения и сортировки диаметров зубков шарошек, который состоит из бункерного дискового загрузочного устройства, валкового устройства, устройства измерения диаметров зубков и накопительных бункеров;

модуль измерения и сортировки диаметров отверстий в корпусе шарошки, который состоит из устройства закрепления и ориентации шарошки, измерительного щупа для определения «первого» отверстия, щупа для определения размеров отверстий;

модуль транспортировки зубков и шарошек, который состоит из двух роботов-манипуляторов, имеющих возможность перемещения по направляющим рельсам и выполняющих функцию загрузки шарошки и выгрузки готового изделия и двух ленточных конвейеров;

модуль запрессовки, который состоит из гидравлического пресса и устройства закрепления и ориентирования шарошки относительно головки пресса.

Данные модули объединены в линию по сборке шарошки бурового долота. Процесс сборки шарошки происходит под управлением интегрированной системы управления, состоящей из четырех систем управления каждым модуля и общей управляющей системы, координирующей действия СЧПУ модулей в соответствии с циклограммой, представленной на рис. 1. Система управления построена на базе микропроцессорных контроллеров фирмы «Овен» ПЛК 100, обеспечивающих управление каждым отдельно взятым модулем и коммуникационного компьютера фирмы «МОХА» UC-7408-LX, обеспечивающего координацию работы модулей и связь линии с персональным компьютером. Кроме того, каждый отдельный модуль имеет свою консоль управления, что предоставляет дополнительные возможности управления всей линией в целом.

87

Рис. 1 Циклограмма работы модулей автоматической линии

При проектировании модуля были произведены инженерные расчёты по определению кинематических и динамических характеристик механизмов, а так же точностные расчёты с проверкой условия собираемости на базе теории размерных цепей и анализа методов обеспечения заданной точности. Представленный вариант автоматизации сборочного процесса шарошки долота позволяет поднять производительность сборки на (15–17) %, сократить трудоёмкость и снизить себестоимость на (13–15) %.

Наиболее технически сложным является модуль запрессовки зубков в отверстия корпуса шарошек, представленный на рис. 2.

Рис. 2 Общий вид модуля запрессовки зубков в шарошку

88

Устройство содержит неподвижное основание 1, качающийся стол 2, опоры основания 3, опоры качающегося стола 4, устройство закрепления шарошки (включающее в себя цанговый патрон, гидроцилиндр) 5, первую червячную передачу 6, вторую червячную передачу 6.1, первый электродвигатель 7, второй электродвигатель 7.1, первый датчик углового положения 8, второй датчик углового положения 9, выходы датчиков углового положения подключаются к микроконтроллеру ПЛК 100 фирмы «Овен». Модуль обеспечивает точное и надежное ориентирование шарошки относительно головки пресса.

На данный модуль подана заявка на оформление патента.

Н.В. Петунин

РЕЛЬСОВЫЙ УСКОРИТЕЛЬ МАСС

Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия № 48 г.о. Тольятти [e-mail]

Рельсотрон — импульсный электродный ускоритель масс, состоящий из двух параллельных электропроводных рельс, вдоль которых движется электропроводная масса (снаряд или плазма). Принцип работы основан на превращении электрической энергии в кинетическую энергию снаряда. Может использоваться как оружие. Другие названия: рельсовый ускоритель масс, рельсовая пушка, рейлган [1].

Данное устройство было разработано вследствие рассмотрения практического применения Джоном П. Барбером закона Лоренца. (Гендрик Антон Лоренц (1853—1928) — один из крупнейших физиков-теоретиков конца XIX—начала XX в., творец классической электронной теории - родился 15 июля в г. Арнхеме Голландия).

Рельсовая пушка использует электромагнитную силу, которая называется силой Лоренца, и разгоняет электропроводный снаряд, который является частью цепи. Иногда используется подвижная арматура, соединяющая рельсы. Ток, идущий через рельсы, возбуждает магнитное поле между ними перпендикулярно току, проходящему через снаряд и смежный рельс. В результате происходит взаимное отталкивание рельсов и ускорение снаряда под действием силы.

При использовании рельсотрона, может возникнуть масса проблем:

1) Импульс тока должен быть настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел испариться и разрушиться, но возникла бы движущая сила, разгоняющая его вперед. Поэтому материал снаряда и рельс должен обладать как можно более высокой проводимостью, снаряд как можно меньшей массой, а источник тока как можно большей мощностью и меньшей

89