Модернизация склерометрического комплекса для измерения твёрдости

, (25)

(26)

Результаты расчётов заносятся в таблицу (зелёные и коричневые ячейки).

Средний размах всех измерений рассчитывается по формуле 27:

 (27)

Результат заносится в таблицу (оранжевая ячейка).

Размах R₀ между измерениями операторов рассчитывается по формуле 28:

(28)

Результат заносится в ячейку серого цвета в таблице.

4.2 Анализ управляемости измерительного процесса контроля твёрдости

Для оценивания измерительного процесса могут использоваться некоторые графические методы. Эти методы позволяют «увидеть» измерительный процесс и факторы, влияющие на его результат.

Обычно для графического анализа измерительного процесса рассматриваются следующие виды карт:

- контрольная карта размахов;

- контрольная карта средних.

Анализируя контрольные карты необходимо:

- оценить наличие точек, выходящих за контрольные границы;

- оценить наличие серий и трендов;

- оценить наличие приближения точек к контрольным пределам.

При анализе контрольной карты определяются следующие характеристики:

1) Выход за контрольные пределы - это такое состояние процесса, при котором точки значений параметров лежат вне контрольных границ.

2) Серии - это такое состояние процесса, при котором точки неизменно оказываются по одну сторону от центральной линии.

3) Тренд (дрейф) - это проявление такого состояния процесса, когда точки (не менее семи подряд) образуют одну непрерывно повышающую или понижающую кривую.

4) Приближение точек к контрольным пределам - это такое состояние процесса, при котором точки находятся в области контрольных границ на расстояние не более одного СКО.

4.2.1 Контрольная карта размахов

Каждая точка на контрольной карте размахов соответствует размаху в повторных измерениях одного образца одним оператором. Точки могут группироваться (анализ может производиться) как по образцам, так и по операторам.

На карту наносятся средняя линия и контрольные границы, которые вычисляются по формулам 29 и 30 соответственно.

R_ср=12,115;

(29)

(30)

Данные для построения контрольной карты размахов берутся из «Контрольный лист для анализа измерительного процесса».



Рисунок 36 - Контрольная карта размахов

Как видно из контрольной карты (рис. 36):

- на ней нет:

1. серий;

2. трендов;

3. приближения к контрольным пределам;

- процесс не имеет чрезмерную изменчивость, обусловленную операторами, т.к. размахи измерений одного (или нескольких) операторов не находятся за контрольными пределами;

- размахи в измерениях каждого из операторов не сильно отличаются друг от друга что свидетельствует о достаточной подготовленности каждого из операторов и правильность использования ими метода и средства измерения (модернизированного прибора для измерения твёрдости);

Так как контрольная карта размахов показывает приемлемость измерительного процесса по размахам (все размахи находятся в контрольных границах и размахи в измерениях каждого образца всеми операторами близки), то можно переходить к анализу контрольных карт средних.

4.2.2 Контрольная карта средних

Данные для построения контрольной карты средних берутся из «Контрольного листа для анализа измерительного процесса».

Каждая точка на контрольной карте (рис. 37) соответствует среднему арифметическому повторных измерений одного и того же образца одним и тем же оператором.

Рисунок 37 -Контрольная карта средних

Как видно из контрольной карты:

- на ней нет:

1. серий;

2. трендов;

3. приближения к контрольным пределам;

Это свидетельствует о стабильности измерительного процесса.

Анализ сходимости, воспроизводимости и изменчивости представлен в Таблице 7.

Для анализа причин изменчивости измерений используется диаграмма Исикавы.

Возможные группы причин изменчивости измерительного процесса:

- несоответствие образцов измерений;

- индивидуальные особенности операторов;

- несовершенство методов измерений;

- несоответствия средств измерительной техники;

- несоответствия окружающей среды.



Рисунок 38 -Диаграмма Исикавы

Далее по диаграмме Исикавы выбирается не менее 10 наиболее значимых факторов, влияющих на измерение.

По этим факторам строится диаграмма Парето, необходимая для того, чтобы выявить «20% факторов, дающих 80% отказов», т.е., чтобы выявить факторы, оказывающие наибольшее влияние на измерение.

4.3 Диаграмма Паретто

Анализ Парето получил свое название по имени итальянского экономиста Вилфредо Парето, который показал, большая часть капитала (80%) находится в руках незначительного количества людей (20%).

Правило Парето - «универсальный» принцип, который применим во множестве ситуаций, в частности - в решении проблем качества. Джозеф Джуран отметил «универсальное» применение принципа Парето к любой группе причин, вызывающих то или иное последствие, причём большая часть последствий вызвана малым количеством причин. Анализ Парето ранжирует отдельные области по значимости или важности и призывает выявит и в первую очередь устранить те причины, которые вызывают наибольшее количество проблем (несоответствий) (рис. 39).

Анализ Парето как правило иллюстрируется диаграммой Парето, на которой по оси абсцисс отложены причины возникновения проблем в порядке убывания, а по оси ординат - в количественном выражении сами проблемы, причём как в численном, так и в количественном (кумулятивном) процентном выражении.

Определяющим достоинством диаграммы Парето является то, что она дает возможность разгруппировать факторы на значительные, т.е. встречающиеся наиболее часто, и на незначительные, т.е. встречающиеся относительно редко.

На диаграмме отчётливо видна область принятия первоочередных мер, очерчивающая те причины, которые вызывают наибольшее количество ошибок. Таким образом, в первую очередь, предупредительные мероприятия должны быть направлены на решение именно этих проблем.

Диаграмма Парето основана на принципе Парето, который устанавливает, что из-за небольшого числа причин зачастую возникает большинство последствий. Отделяя наиболее важные причины от менее важных, можно достичь наибольшего улучшения при наименьшем усилии.

Для показа относительного влияния каждой причины используются столбики.

Для показа накопленного влияния причин используется кумулятивная кривая.

10 факторов:

А - отбор образцов;

Б - изменчивость параметра;

C - практика, опыт оператора;

D - обучение;

E - метод измерения;

F - порог чувствительности;

G - диапазон измерения;

H - поверка;

I - вибрация;

J - температура.

Таблица 8

Данные для построения диаграммы Паретто

	B	C	D	E	F	G	H	I	J
A	A	A	A	A	F	A	A	A	A
B	-	C	B	B	F	B	B	B	B
C	-	-	C	E	F	G	H	I	C
D	-	-	-	E	F	G	H	I	D
E	-	-	-	-	F	G	H	I	E
F	-	-	-	-	-	F	F	F	F
G	-	-	-	-	-	-	G	I	G
H	-	-	-	-	-	-	-	H	H
I	-	-	-	-	-	-	-	-	I
J	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Повторяемость факторов:

А - 8;

B - 6;

C - 3;

D - 1;

E - 3;

F - 9;

G - 5;

H - 5;

I - 5;

J - 0.

45.

Далее необходимо определить какой процент занимает каждый фактор:

A=;

B=;

C=;

D=;

E=;

F=;

G=;

H=;

I=;

J=.

Рисунок 39 - Диаграмма Паретто

5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

5.1 Расчет исходного способа проведения испытаний

Для проведения измерения твёрдости требуется склерометр и микроконтроллер.

Их общая стоимость определяется по формуле 31:

, (31)

где - цена склерометра;

- цена микроконтроллера Eval - AduC7020;

- цена источника опорного напряжения REF 192;

- цена стабилизатора КР142ЕН5А;

- цена усилителя OP 293;

- цена тензодатчика 2ФКП-5х200.

руб.

Для выполнения измерений твёрдости на склерометре требуется один оператор.

Время на техническое обслуживание в эксплуатации составляет 5 часов в неделю.

Затраты на техническое обслуживание в эксплуатации составляют 10ч15 % от стоимости оборудования, т.е.

руб.

Один раз в год прибор проходит поверку. Тарифная ставка поверителя 80 рублей в час, 3 часа занимает процесс поверки. Следовательно, затраты на поверку составляют по формуле 32:

, (32)

где - коэффициент отчислений на социальное страхование (26%), (1,26);

- количество часов;

- тарифная ставка поверителя.

руб.

Заработная плата оператора, проводящего испытания вычисляется по формуле 33:

, (33)

где- трудоемкость работы (в часах);

- часовая тарифная ставка (76,3 руб.);

- коэффициент начисления на дополнительную заработную плату (24%), (1,24);

- коэффициент отчислений на социальное страхование (26%), (1,26);

n - количество рабочих дней в году.

 руб.

Суммарные текущие затраты на испытания по формуле 34:

(34)

руб.

Прочие непредвиденные затраты составляют 3% от суммарных текущих затрат:

руб.

Таким образом, общая стоимость использования исходных датчиков при испытаниях вычисляется по формуле 35:

(35)

руб.

С учетом НДС (18%) руб.

5.2 Расчет варианта, предлагаемого по проекту

Для автоматизации процесса измерения к конструкции склерометра предлагается добавить шаговый двигатель, линейный двигатель и ПК.

Стоимость шагового двигателя 1038 руб., линейного двигателя 2070 руб., ПК - 15000 руб.

Их общая стоимость определяется по формуле 36:

 (36)

где Ц_{базового варианта} - цена базового варианта;

Ц_ШД - цена шагового двигателя;

Ц_ПК - цена ПК;

Ц_ус - цена усилителя;

Ц_ДП - цена датчика положения

руб.

В установке двигателей планируется задействовать одного сборщика с основной и дополнительной заработной платой 560 руб. за смену.

Время на техническое обслуживание в эксплуатации 2 часа в неделю.

Затраты на техническое обслуживание в эксплуатации составляют 10ч15 % от стоимости оборудования, т.е.:

руб.

Один раз в год прибор проходит поверку. Тарифная ставка поверителя 80 рублей в час, 4 часа занимает процесс поверки. Следовательно, затраты на поверку составляют:

руб.

Заработная плата оператора, проводящего испытания составляет:

руб.

Суммарные текущие затраты на испытания:

руб.

Прочие непредвиденные затраты составляют 3% от суммарных текущих затрат:

руб.

Таким образом, общая стоимость использования датчиков при испытаниях равна:

руб.

С учетом НДС (18%) руб.

5.3 Эффективность внедрения проекта

Эффективность внедрения проекта вычисляется по формуле 37:

(37)

где- приведенные затраты на единицу работы, производимой с помощью базовых и новых датчиков.

Количество испытаний в смену равно 100.Общие затраты в одну смену при использовании базового прибора вычисляются по формуле 38:

 (38)

руб.

Общие затраты в одну смену при использовании новой установки выражаются по формуле 39:

(39)

руб.

Годовые затраты на проведение испытаний с базовой измерительной системой:

руб.

Годовые затраты на проведение испытаний с предлагаемой измерительной системой:

руб.

Тогда эффективность внедрения проекта составит:

руб.

5.4 Срок окупаемости проекта

Срок окупаемости проекта вычисляется по формуле 40:

, (40)

где- себестоимость продукции по сравниваемым вариантам;

- капитальные вложения по сравниваемым вариантам.

Себестоимость продукции по базовому варианту по формуле 41:

, (41)

где , количество деталей, которые за смену проверяет оператор.

руб.

На программу: руб.

Себестоимость продукции по новому варианту:

руб.

На программу: руб.

Срок окупаемости проекта:

Т_ок = г=27,9 дней.

6. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Инструкция по охране труда для оператора, работающего на тестере

1. К работе в качестве оператора измерительного прибора - тестетра могут быть допущены лица, прошедшие специальное обучение, проинструктированные по безопасному ведению работ, связанных с прибором.

2. Каждый оператор должен хорошо знать и соблюдать все требования изложенные в настоящей инструкции. Администрация обязана создать нормальные условия работы и обеспечить рабочее место оператора всем необходимым для безопасного ведения работ.

3. Оператор обязан выполнять Правила внутреннего трудового распорядка и трудовой дисциплины ЗАО.

4. Выполнять только ту работу, которая поручена администрацией, при условии, что безопасные методы ее выполнения известны. В сомнительных случаях нужно обратиться к заведующему за разъяснением.

Конструкция рабочего места оператора, его размеры и взаимное расположение элементов (органов управления, средств отображения информации, вспомогательного оборудования и др.) должны обеспечивать безопасность при использовании производственного оборудования по назначению.

5. Оператор не должен прикасаться к электропроводке, розеткам, арматуре общего освещения и другим токоведущим частям, не снимать защитные кожуха с токоведущих частей тестера.

6.1 Общие требования

1. Запрещается производить стирку и чистку одежды, спецодежды, других вещей и предметов с применением кислот, бензина, керосина, ацетона и других химикатов и легковоспламеняющихся жидкостей;

2. Не разрешается загромождать доступы и проходы к противопожарному инвентарю, огнетушителям, кранам и сигнальным устройствам;

Нормы предельно допустимых нагрузок при подъеме и перемещении тяжестей вручную оператором:

- подъем и перемещение (разовое) тяжестей (до двух раз в час):

- для женщин до 7 кг;

- для мужчин до 15 кг

- подъем и перемещение тяжестей при чередовании с другой работой (поверкой средств измерений):

- для женщин до 10 кг;

- для мужчин до 30 кг.

Материалы конструкции тестера не должны оказывать опасное и вредное воздействие на организм человека на всех заданных режимах работы и предусмотренных условиях эксплуатации.

Конструкция тестера должна исключать на всех предусмотренных режимах работы нагрузки на детали и сборочные единицы, способные вызвать разрушения. Также конструкция тестера и его отдельных частей должна исключать возможность их падения, опрокидывания и самопроизвольного смещения при всех предусмотренных условиях эксплуатации и монтажа (демонтажа).

Т.к. в конструкции тестера присутствует большое число соединительных кабелей, то их необходимо заключить в экран. Кабели должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.007.14-75. Кабели должны удовлетворять требованию нераспространения горения. Конструкции и характеристики экранов должны обеспечивать пожаро- и электробезопасность эксплуатации при нормальных и аварийных режимах работы на тестере. Изоляция жил кабелей должна иметь отличительную расцветку. Каналы для проводов должны быть гладкими, без острых кромок.

Часть тестера защищёна специальным кожухом для того, чтобы обеспечивалась необходимая защита от случайного соприкосновения с частями, находящимися под напряжением. Конструкция кожуха должна быть прочной и исключать возможность удаления его без применения инструмента.

6.2 Требования безопасности перед началом работы

1. Приступая к работе после длительного перерыва (болезни, отпуска) или получении работы, не входящей в круг обязанностей оператора, необходимо получить от заведующего дополнительный инструктаж по технике безопасности.

2. Оператор должен надеть спецодежду, предусмотренную отраслевыми нормами (халат) и привести ее в порядок: застегнуть манжеты рукавов, заправить полы одежды так, чтобы не было развивающихся концов, надеть головной убор и подобрать под него волосы.

3. Осмотреть свое рабочее место, убрать все мешающие предметы, освободить проходы и не допускать их загромождения.

4. Проверить исправность тестера, приспособлений, устойчивость и надежность их крепления, правильность хранения.

Все специальные инструменты должны храниться на стеллажах по ячейкам, складирование инструмента на полу помещений, на проходах штабелями или навалом запрещается.

5. Проверить наличие и исправность заземления приборов, работающих от сети электрического тока.

Поверхности приспособлений не должны иметь острых кромок, острых углов, сколов.

6. Перед началом работы на тестере необходимо проверить наличие на рабочем месте средства пожаротушения.

Размеры рабочего места и размещение его элементов должны обеспечивать выполнение рабочих операций в удобных рабочих позах и не затруднять движений работающего.

6.3 Требования безопасности во время работы

1. Оператор должен выполнять ту работу, которая регламентирована должностной инструкцией и поручена заведующим.

2. Измерение начинать только тогда, когда с поверхности удалены забоины, задиры, заусенцы.

6.4 Требования безопасности в аварийных ситуациях

При возникновении на рабочем месте аварийной ситуации оператор обязан:

1. немедленно отключить тестер;

2. если есть пострадавшие, то принять меры для оказания до врачебной медицинской помощи, вызвать врача, а в экстренном случае отправить пострадавшего в ближайшее лечебное учреждение;

3. сообщить о случившемся, заведующему;

4. принять меры по сохранению места аварии, когда необходимо расследование несчастного случая.

6.5 Требования безопасности по окончании работы

1. Вымыть руки и лицо с мылом. Запрещается мыть руки керосином, бензином, производить стирку и чистку спецодежды и др. вещей и предметов с применением химикатов.

2. Привести в порядок рабочее место, собрать, протереть и убрать весь инструмент в отведенное место.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведённой работы была осуществлена модернизация склерометрического комплекса. Обоснован выбор метода измерения микротвёрдости, выбор ёмкостного и тензорезистивного датчиков. Введена автоматизация линейных перемещений, что позволило повысить производительность измерительного процесса и снизить участие оператора в процессе измерения. Произведено обоснование необходимости модернизации с точки зрения анализа измерительного процесса (контрольные карты, диаграмма Парето и Исикавы).

Также в проекте представлено экономическое обоснование целесообразности модернизации склерометрического модуля.

Кроме того, появилась возможность получать протоколы измерительного процесса в печатном виде, что также явилось преимуществом модернизации комплекса, поскольку сократило участие оператора в измерительном процессе.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

твердость склерометрический тестер метрологический

1. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - С. 80-129.

2. Евтихеев Н.Н., Купершмидт Я.А. Измерение электрических и неэлектрических величин. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - С. 126-148.

3. Туричин А.М., Новицкий П.В. Электрические измерения неэлектрических величин. - Л.: Энергия, 1975. - С. 258-284.

4. Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства измерений. Учебник. - М.: Академия, 2003. - С. 164-180, 202.

5. Фрайден Дж. Мир электроники. Современные датчики. Справочник. - М.: Техносфера, 2005. - С. 284, 287, 347, 356.

6. Васильчук А.В. Анализы измерительных и контрольных процессов. Методические материалы. - Самара.: Академический инжиниринговый центр, 2005. - 190 с.

Нормативно - техническая документация

7. ГОСТ 23677-79 Твердомеры для металлов

8. ГОСТ 9012-59 Метод измерения твёрдости по Бринеллю

9. ГОСТ 22975-7 Методы измерения твёрдости по Роквеллу при малых нагрузках (по Супер-Роквеллу)

10. ГОСТ 2999-75 Методы измерения твёрдости по Виккерсу

11. ГОСТ 23273-7 Измерение твёрдости методом упругого отскока бойка (по Шору)

12. ГОСТ 21318-75 Измерение микротвёрдости царапанием алмазным наконечником

13. ГОСТ 8.050-73 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений

14. ГОСТ 8.063-2007 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений твердости металлов и сплавов по шкалам Виккерса

15. ГОСТ 9031-75 Меры твёрдости образцовые

Сетевые ресурсы

16. Тензорезистор 2ФКП-5х200

http://www.tenzo-pribor.ru/cat622.html

17. Источник опорного напряжения REF 192-

http://datasheets.ru/datasheets/73223/REF192.html

18. Стабилизатор КР142ЕН5-

http://doc.chipfind.ru/vzpp/kr142en5a.htm

19. Усилитель К1463УД2 -

http://www.radiant.su/files/images/_PDF/IC/rzpp_alfa.pdf

20. Контроллер -

http://eicom.ru/data_sheets/Analog_Devices_PDFs_1/Eval-ad7708Eb/

21. Обзор шаговых двигателей -

http://www.electroprivod.ru/st_motor.htm

22. Шарико - винтовая передача -

http://www.bergab.ru/lmscrewnut.shtml

23. Сайт ОАО Волгабурмаш -

http://www.vbmbits.com

Размещено на Allbest.ru