Szerszámgépek diagnosztikai vizsgálata körteszt berendezéssel I.

Újabb TDK dolgozattal jelentkezünk Olvasóinknak. Azonban az eddigiektől eltérően a dolgozatnak nem csak egy összefoglalóját, hanem több alkalommal, hosszabb részeket teszünk közzé. Biztosak vagyunk abban, hogy számos olyan részlet van benne, ami széles érdeklődésre tarthat számot, gyakorlati oldalról tekintve is.

(A korábbi, reverse engineering témájú TDK dolgozatról szóló cikkünk ITT, az Y-elágazás geometriai optimalizációjáról szóló ITT, a Forma-1-es versenyautó első szárnyának tervezéséről ITT, az esztergálási folyamatszabályzásról szóló pedig ITT érhető el.)

A dolgozat a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem által szervezett, 2010. évi Tudományos Diákköri Konferencián szerepelt sikeresen.

Szerző: Horváth Antal Zsolt

Konzulens: Dr. Markos Sándor – adjunktus (BME Gyártástudomány és -technológia Tanszék)

A mai gyártóipar előszeretettel alkalmaz NC gépeket, ezekkel a gépekkel viszont elterjedt az igény az egyre nagyobb pontosságú gyártás iránt. A téma aktualitását igazolja az is, hogy ez a mérési eljárás hamarosan bekerülhet az ISO által szabványosított szerszámgépvizsgálatok közé. A gyártási hibákat legelőször a gép kezelője és a mérés technikus észleli. Ekkor felvetődik a kérdés: mi a probléma? A leggyorsabb diagnózist a Ballbar-os méréssel állíthatjuk fel. 10 perc alatt egy mérés elvégezhető, és a probléma könnyen megtalálható. Egy ilyen cégnél a termeléskiesés, vagy selejt gyártás óriási költségekkel járhat. A selejtgyártást, mint már említettem a gépkezelő és a MEO-s észleli először, viszont ha egy megfelelő karbantartási rendszert is üzemeltető cégről van szó, akkor a selejt gyártás és a termeléskiesés is jó százalékkal megelőzhető. A megbízhatóságon múlik minden. Ezt pedig állandó diagnosztikával lehet fenntartani. Egy helyesen és főként állandóan karbantartott gép megbízhatósága megfelelő, így a nem várt karbantartási munka miatti állásidő is elkerülhető, illetve a gép hibájából származó selejt képződés is ellenőrzés alatt tartható. Ezeket a méréseket több okból szokták végezni. Az első ok a gépátadás –ez lehet az első a telepítés után, vagy minden egyes karbantartás után kontrollként-, a második ok egy fellépő hiba okának megtalálása, vagy egy rendszeres mérés a trendvonal felépítéséhez, mellyel további teendők javasolhatóak.

Szerszámgépek pontossági, megmunkálási képesség vizsgálata

Egy termeléssel foglalkozó vállalat piaci körülmények között, ha csak a túlélésre összpontosít, akkor könnyen „elveszhet a süllyesztőben”, hogy erős maradjon, a fejlesztésekre is nagyon nagy figyelmet kell fordítani. Persze ez minden cégnél másképp jelentkezik, főleg ha figyelembe vesszük, a cég temékpalettáját. A kulcsszavak a költségcsökkentés, és a minőség megőrzés, javítás. A minőségképesség helyes ismerete és alkalmazása egy vállalatnál nem csak rövidtávon megtérülő költségcsökkenést eredményez (csökken a minőségképességi elemzések szükségessége, mivel kevesebb selejtet gyárt a cég, így csökken az újramunkálási igény is és nő a vevői elégedettség), hanem hosszú távú előnyöket is jelent, ami a piaci versenyképesség megőrzésével és növekedésével jár együtt. Az ide tartozó fogalmakat sokszor összetévesztik és helytelenül használják, így szeretném pontosítani ezeket a kifejezéseket a ma használatos irodalmi forrásokra hivatkozva.

Minőségképesség [1,2]

A minőségképesség egy mutatószám, mely azt mutatja meg, hogy a teljes termékmennyiségen belül mekkora a megfelelő termékek aránya, ill. a termékek egyes minőségi jellemzői mennyire pontosak. Pl. ilyen minőségképességi mutató lehet: 99,8% megfelelőtermék, azaz 0,2% nem megfelelő, vagy a töltési mennyiség 5 gramm szórása. Tehát a minőségképességet általában viszonyszámmal vagy valamilyen szórás jellegű mutatóval határozhatjuk meg. A minőségképességnek több típusa lehet.

A számítási mód alapján:

  • viszonyszámmal jellemzett minőségképesség
  • szórás jellegű mutatóval jellemzett minőségképesség (szórás, terjedelem, hibaszázalék)

A mutatószámmal jellemzett tényezőalapján:

  • folyamatképesség: annak megállapítása, hogy a vizsgált folyamat mennyire stabil
  • gépképesség: egy gép, eszköz megfelelősége, pontossága.

A folyamat-, ill. gépképesség vizsgálatokból tehát következtetni lehet a gyártási folyamatot érő zavarhatások jellegére, ill. mértékére. A zavarok két főcsoportját különböztetjük meg: a veszélyes (rendszeres) hibák és a véletlen hibák.

A veszélyes (rendszeres) hibák forrásai olyan változások, melyek néha befolyásolják a folyamatot. Mivel ezek a hibaforrások nem mindig vannak jelen, egy vizsgálat segítségével meghatározható eredetük, csökkenthetjük (vagy megszüntethetjük) őket a folyamat alapvető megváltoztatása nélkül. A tipikus ipari folyamatok veszélyes hibáit a berendezés helytelen beállítása, a gép, berendezés meghibásodása, a hibás megmunkálás, a helytelen hőmérséklet-beállítás, a beadagolási hibák, az irányítási hibák, a nem megfelelő gyártási eljárás, a gépkezelők, műszakok közötti különbség, stb. okozzák, okozhatják. A berendezés javításával, a gyártási eljárás fejlesztésével, a hibák okainak kiküszöbölésével ezek a hibák megszüntethetők.

A véletlen hiba okok miatti eltérések minden esetben jelen vannak, mindegy, hogy mikor, hol vagy hogyan vizsgáljuk a folyamatot. Ez azt jelenti, hogy ezek mindig együtt járnak a folyamattal, a folyamat jellemzője, sajátja és az egyetlen lehetséges mód, hogy csökkentsük őket az, ha magát a folyamatot változtatjuk meg. A véletlen hibákat a mindig fellépő, például a gép állapotából adódó megmunkálási eltérések, a környezetből eredőhatások, mint a páratartalom-, hőmérsékletváltozás és a velük járó pontatlanságok okozzák. Ezek a hibaforrások a rendszer részei, és csak úgy lehet csökkenteni őket, ha javítjuk a karbantartást, jobb eszközöket és berendezéseket vásárolunk.

A fentiekből következik, hogy a gép ill. folyamat elérhető maximális minőségképességét a véletlen zavarok határozzák meg, s ez nem más, mint a folyamatnak az a változása (ingadozása), amely akkor lenne észlelhető, ha a folyamatra csak a véletlen hiba okok hatnának, s az összes veszélyes hiba forrását megszüntetnénk.

A minőségképesség vizsgálatoknál a folyamat ingadozásának, változásának mértékét viszonyítjuk a termék tűrésmezőjéhez. Ennek legegyszerűbb módja, ha a méréséi eredményeket ábrázoljuk vonaldiagramon, ill. hisztogramon. Ha a diagramokon feltüntetjük a tűréshatárokat, ránézésre megállapítható, hogy a pontok a határok között ingadoznak-e? A vonaldiagramon, ill. hisztogramon jól megfigyelhető az ingadozás nagysága, a rendszeres hibák által okozott zavarok hatása (trendek, ciklikusság, beállási szint) ill. az ingadozás mértékének változása. A grafikus megjelenítésen kívül általában számszerű értékekkel is jellemezzük a folyamat (ill. gép) minőségképességét. A leggyakrabban a minőségképesség-indexeket használjuk. Az indexek számítási módját az alábbi táblázat mutatja be.

A minőségképesség-indexek számítása

A minőségképesség-indexek számítása, 3

Jelölések [3]:

x : a minta számtani átlaga,
s : a mintából számolt tapasztalati szórás,
CP ,CPK : Folyamatképesség- (Process Capability) indexek (c=3),
Cm ,Cmk : Gépképesség- (Machine Capability) indexek (c=4).

Mint látható a folyamat-, ill. a gépképesség-indexek számítási módja kissé eltér egymástól. A gépképesség vizsgálatoknál a nevezőben 6 helyett 8 ill. a Cmk index számolásánál 3 helyett 4-szeres szórástartományt viszonyítunk a tűrésmezőhöz. Ettől eltekintve a kétfajta elemzés között csak a fent említettekben (mintavétel) van eltérés, az indexek jelentése, értelmezése mindkét esetben azonos. A minőségképesség-indexekkel szemben minimális követelmény, hogy értékük legalább 1,0 legyen. Általános elvárásnak napjainkban az 1,33 érték tekinthető, de egyes iparágakban (pl. autógyártás, elektronikai ipar), ma már az 1,67-es érték számít elfogadhatónak. Természetesen ezek az értékek nem éles határt jelentenek. Nincs jelentős különbség a várható selejtarányt tekintve a Cpk =1,65 és a Cpk =1, 68 indexekkel jellemezhető folyamatok között. A megadott értékek inkább csak iránymutató számok, elsősorban saját folyamatainknak az adott ágazat általános minőségi színvonalával történő összehasonlítására szolgálnak. A Cp , Cpk indexek használata az ipari gyakorlatban annyira elterjedt, hogy a legtöbb helyen kizárólag ezeket a számokat értik a minőségképesség-elemzés alatt. Ez különösen akkor helytelen, ha a folyamatok nem stabilak, nem szabályozottak. Ekkor ugyanis a Cp , Cpk indexek értékei értelem nélküli számokat tartalmaznak, mivel a veszélyes hibák “szétzilálják” a folyamatot, és az értékek nagymértékben megváltozhatnak csupán azáltal, hogy másik mintát veszünk. Ez még viszonylag stabil folyamatoknál is előfordulhat, ha nem veszünk elég nagyszámú mintát. Nem stabil folyamat esetén tehát a Cp , Cpk indexek nem az egész folyamatra, azaz nem a minőségképességre jellemző, hanem csak az adott mintára. A jól megtervezett minőségképesség elemzések előnye az ilyen – legtöbbször csak rutinszerűen számolt – mutatókkal szemben, hogy jobban feltárják a folyamat valódi természetére jellemzőviselkedéseket.

Gépképesség [1]

A gépképesség-elemzést egyetlen gépen vagy műveleten végezzük. A mért paramétereknek (jellemzőknek), amikkel a képességet mérjük, csak azokat a változásokat kell(ene) mutatniuk, melyeket a gép, ill. művelet okozott, és nem azokat, amelyet a folyamat egy másik része (pl.: a gépkezelők, az eljárások, az anyagok vagy a környezet idézet elő). A gépképesség vizsgálatánál tehát igyekszünk ezeknek a faktoroknak a változását csökkenteni, megakadályozni (pl.: ugyanazzal a gépkezelővel, ugyanabban a műszakban, ugyanazzal a bejövő anyaggal, stb. dolgozunk). A faktorok változásának minimalizálását szolgálja, a homogén gyártási körülmények biztosításán túl, hogy az adatgyűjtés viszonylag rövid időintervallumon keresztül történik. Szűkebb értelemben a gépképesség alatt szokták azt érteni, hogy egy megvásárolandó gép képes lesz-e ellátni azt a feladatot, amire konkrétan megveszik (ha van ilyen), illetve azt is, hogy egy már meglévőgép képes-e még ellátni a feladatát, képes-e még olyan pontosan dolgozni, ahogyan az elvárt, elvárható tőle.

Folyamatképesség [1]

A folyamatképesség alapvetően abban különbözik a gépképességtől, hogy a vizsgált paraméter változását előidéző okok közül nem csak egyetlen tényező a – gép ill. gyártási művelet – hatását vizsgálja, hanem a termékjellemzőt befolyásoló összes hatást figyelembe veszi (gépek, anyagok, emberek, eljárások, környezet). A folyamatképesség elemzésnél a mintavételt úgy kell végezni, hogy a mérési eredményekben “tükröződjön” a folyamat minden változása, az ingadozást okozó valamennyi faktor hatása. Ez úgy biztosítható, hogy a mintavételt tervezett módon, viszonylag hosszabb időintervallumon keresztül végezzük. Ahol folyamatképességet értelmezünk, ott már a folyamatszabályzásról is beszélni kell.

Megmunkálási képesség

Több helyen is találkoztam a fogalommal, melynek kifejtéséből kiderült, hogy a legtöbbször a gépképességnél már említett szűkebb értelmű megfogalmazást értik ezen fogalom alatt.

Írta:
Horváth Antal Zsolt 


Források:
[1] http://www.uti.bme.hu/data/segedanyag/12/minmen_ii__kg_oktseg2_spc_153157.pdf
Letöltve: 2010-08-23
[2] http://sdt.sulinet.hu/Player/Default.aspx?g=1e7b266b-e5aa-4f74-b515-112e0766beae&cid=3733f402-ad27-4d4e-a9da-16ffab5a526b
Letöltve: 2010-10-10
[3] Németh L., Mosoni T.: Gyártóberendezések és mérőeszközök alkalmasságának vizsgálata statisztikai módszerekkel II., Minőség és Megbízhatóság, 1994/2

kép: www.renishaw.com

folytatása következik…

(A korábbi, reverse engineering témájú TDK dolgozatról szóló cikkünk ITT, az Y-elágazás geometriai optimalizációjáról szóló ITT, a Forma-1-es versenyautó első szárnyának tervezéséről ITT, az esztergálási folyamatszabályzásról szóló pedig ITT érhető el.)