Статистические методы контроля на "КрЭВРЗ"

Внесли свой научный вклад в развитие статистических методов и советские учёные: В.И. Романовский, Е.Е. Слуцкий, Н.В. Смирнов, Ю.В. Линник и др. Так, например, Смирнов заложил основы теории непараметрических рядов, а Слуцкий опубликовал несколько важных работ по статистике связанных стационарных рядов. Особенно интенсивно в СССР разрабатывались статистические методы исследования и контроля качества в массовом производстве, методы планирования эксперимента Юрием Адлером [35].

В 50-70-х годах прошлого столетия на ряде предприятий оборонного комплекса СССР активно проводились (под влиянием японского опыта по повышению качества) работы по внедрению систем управления качеством, в которых статистические методы в области приёмочного контроля и регулирования технологических процессов занимали важное место в предупреждении дефектов продукции.

Российский учёный в области качества В.А. Лапидус опубликовал ряд трудов по теории и практике управления качеством с учётом вариаций и неопределённости, в которых изложен «принцип распределения приоритетов», позволяющий оптимально выстроить отношения поставщика и потребителя с позиции обеспечения качества. Ему же принадлежит новый подход к управлению качеством, названный «гибким методом статистического управления», который математически опирается на теорию нечётных множеств [35].

1.6 Простые инструменты контроля качества

В середине 1960-х годов в Японии получили широкое распространение кружки качества. Чтобы вооружить их эффективным инструментом анализа и управления качеством, японские учёные отобрали из всего множества известных инструментов 7 методов [35].

Эти методы в научно-технической литературе получили название «Семь инструментов контроля качества» и «Семь основных инструментов контроля». В дальнейшем их число увеличилось и, поскольку, общим для них является доступность для всего персонала организации, их стали называть «простые инструменты контроля качества». Достоинствами этих методов является простота, наглядность, визуализация, а также эффективность использования без специальной математической подготовки.

При всей своей простоте эти методы позволяют сохранить связь со статистикой и дают возможность профессионалам пользоваться результатами этих методов и при необходимости совершенствовать их. К простым инструментам контроля качества относятся следующие статистические методы: контрольный листок, гистограмма, диаграмма разброса, диаграмма Парето, стратификация (расслоение), диаграмма Исикавы (причинно-следственная диаграмма), контрольная карта. Эти методы можно рассматривать и как отдельные инструменты, и как систему методов (различную в различных обстоятельствах).

Применение этих инструментов в производственных условиях позволяет реализовать важнейший принцип функционирования системы менеджмента качества (СМК) в соответствии с МС ISO серии 9000 - «принятие решений, основанное на фактах». Инструменты контроля качества дают возможность получить эти факты, достоверную информацию о состоянии изучаемых процессов. Перечисленные инструменты контроля качества используют в основном исполнители (менеджеры) первой линии для контроля и улучшения конкретных процессов. Причём это могут быть как производственные, так и бизнес-процессы (делопроизводство, финансовые процессы, управление производством, снабжением, сбытом и т.п.). Комплексный характер управления качеством на всех этапах жизненного цикла продукции и производства является непременным условием Всеобщего управления качеством [32].

Контроль качества состоит в том, чтобы, проверяя нужным образом подобранные данные, обнаружить отклонение параметров от запланированных значений при его возникновении, найти причину его появления, а после устранения причины проверить соответствие данных запланированным (стандарту или норме). Так реализуется цикл PDCA, или цикл Деминга.

Источником данных при осуществлении контроля качества служат следующие мероприятия.

1. Инспекционный контроль: регистрация данных входного контроля исходного сырья и материалов; регистрация данных контроля готовых изделий; регистрация данных инспекционного контроля процесса (промежуточного контроля) и т.д.

2. Производство и технологии: регистрация данных процесса; повседневная информация о применяемых операциях, регистрация данных контроля оборудования (неполадки, ремонт, техническое обслуживание); патенты и статьи из периодической печати и т.д.

3. Поставки материалов и сбыт продукции: регистрация движения через склады (входная и выходная нагрузка); регистрация сбыта продукции (данные о получении и выплате денежных сумм, контроль срока поставок) и т.д.

4. Управление и делопроизводство: регистрация прибыли; регистрация возвращенной продукции; регистрация обслуживания постоянных клиентов; журнал регистрации продажи; регистрация обработки рекламаций; материалы анализа рынка и т.д.

5. Финансовые операции: таблица сопоставления дебета и кредита; регистрация подсчёта потерь; экономические расчёты и т.д.

Очень редко для заключения о качестве данные используются в том виде, в каком они были получены. Это бывает только в случаях, когда возможно прямое сравнение измеренных данных со стандартом. Чаще при анализе данных проводятся различные операции: находят среднее значение и стандартное отклонение, оценивают разброс данных и т.д.

Решение той или иной проблемы с помощью простых инструментов контроля качества обычно производится по следующей схеме.

1. Оценка отклонений параметров от установленной нормы. Выполняется часто с помощью контрольных карт и гистограмм.

2. Оценка факторов, явившихся причиной возникновения проблемы. Проводят расслоение (стратификацию) по зависимостям между видами брака (дефектами) и влияющими факторами и с помощью диаграммы разброса исследуют тесноту взаимосвязей, применяют также причинно-следственную диаграмму.

3. Определение важнейших факторов, явившихся причиной отклонений параметров. Используют диаграмму Парето.

4. Разработка мероприятий по устранению проблемы.

5. После внедрения мероприятий - оценка их эффективности с помощью контрольных карт, гистограмм, диаграмм Парето.

В случае необходимости цикл повторяют до тех пор, пока проблема не будет решена.

Регистрацию результатов наблюдений выполняют часто с помощью графиков, контрольных листков и контрольных карт.

Рассмотрим суть и методику применения указанных простых методов контроля качества.

1.6.1 Контрольный листок

Контрольный листок - это инструмент для сбора данных и их автоматического упорядочения для облегчения дальнейшего использования собранной информации [47].

Контрольный листок используется как для регистрации опытных данных, так и для предварительной их систематизации. Имеются сотни различных видов контрольных листков. Чаще всего они оформляются в виде таблицы или графика.

Контрольный листок может фиксировать как количественные, так и качественные характеристики процесса (место выявленных дефектов на изделии, виды отказов и др.). Необходимо тщательно спланировать сбор данных, чтобы избежать ошибок, которые могут исказить представление об изучаемом процессе. Могут возникать следующие ошибки: недостаточная точность измерений из-за несовершенства средств или методов измерений, из-за плохой информированности сборщиков данных, их низкой квалификации или их заинтересованности в искажении результатов; совмещение измерений, относящихся к разным условиям протекания процесса; влияние процесса измерений на изучаемый процесс. Чтобы избежать этих ошибок, нужно соблюдать следующие правила.

1) Необходимо установить суть изучаемой проблемы и поставить вопросы, нуждающиеся в разрешении.

2) Следует разработать форму контрольного листка, позволяющую с минимальными затратами времени и средств получить достоверную информацию о процессе.

3) Необходимо разработать методику измерений, исключающую получение данных, не учитывающих важные условия протекания процесса. Например, измерения следует производить на одном виде оборудования при использовании определённой оснастки, с указанием режимов процесса, исполнителя, времени и места протекания процесса. Это позволит в дальнейшем учесть влияние этих факторов на процесс.

4) Необходимо выбрать сборщика данных, непосредственно имеющего информацию о процессе в качестве оператора, наладчика или контролёра, не заинтересованного в её искажении, обладающего квалификацией для получения достоверных данных.

5) Со сборщиками данных следует провести инструктаж о методике измерений или обучить их.

6) Средства и методы измерений должны обеспечивать требуемую точность измерений.

7) Следует выполнить аудит процесса сбора данных, оценить его результаты, при необходимости откорректировать методику сбора данных [35].

1.6.2 Гистограмма

Гистограмма - инструмент, позволяющий зрительно оценить закон распределения величины разброса данных, а также принять решение о том, на чём следует сфокусировать внимание с целью улучшения процесса [47].

Этот распространённый инструмент контроля качества используется для предварительной оценки дифференциального закона распределения изучаемой случайной величины, однородности экспериментальных данных, сравнения разброса данных с допустимым, природы и точности изучаемого процесса. Также для этой цели используют полигон - ломаную линию, соединяющую середины столбцов гистограммы.

Гистограмма как метод представления статистических данных была предложена французским математиком А. Гэри в 1833 году. Он предложил использовать столбцовый график для анализа данных о преступности. Работа А. Гэри принесла ему медаль Французской академии, а его гистограммы стали стандартным инструментом для анализа и представления данных.

Основным достоинством гистограммы является то, что анализ её формы и расположения относительно границ поля допуска даёт много информации об изучаемом процессе без выполнения расчётов. Для получения такой информации из исходных данных необходимо выполнить достаточно сложные расчёты. Гистограмма позволяет оперативно выполнить предварительный анализ процесса (выборки) исполнителю первой линии (оператору, контролёру и др.) без математической обработки результатов измерений [35].

1.6.3 Диаграмма разброса

Диаграмма разброса - инструмент, позволяющий определить вид и тесноту связи между парами соответствующих переменных [47]. Это даёт возможность линейному персоналу контролировать ход процесса, а технологам и менеджерам - управлять им.

Этими двумя переменными могут быть:

· характеристика качества процесса и фактор, влияющий на ход процесса;

· две различные характеристики качества;

· два фактора, влияющие на одну характеристику качества.

Рассмотрим примеры использования диаграмм разброса в указанных случаях.

К примерам применения диаграммы разброса для анализа зависимости между причинным фактором и характеристикой (следствием) относятся диаграммы для анализа зависимости суммы, на которую заключены контракты, от числа поездок бизнесмена с целью заключения контрактов (планирование эффективных поездок); процента брака от процента невыходу на работу операторов (контроль персонала); числа поданных предложений от числа циклов (от времени) обучения персонала (планирование обучения); расхода сырья на единицу готовой продукции от степени чистоты сырья (стандарты на сырьё); выхода реакции от температуры реакции; степени деформации от скорости формовки (контроль процессов); размера принятого заказа от числа дней, за которое производится обработка рекламаций (инструкции по ведению торговых операций, инструкции по обработке рекламаций) и т.д.

При наличии корреляционной зависимости причинный фактор оказывает очень большое влияние на характеристику, поэтому, удерживая этот фактор под контролем, можно достичь стабильности характеристики. Можно также определить уровень контроля, необходимый для требуемого показателя качества.

Примерами применения диаграммы разброса для анализа зависимости между двумя причинными факторами могут служить диаграммы для анализа зависимости между содержанием рекламаций и руководством по эксплуатации изделия (движение за отсутствие рекламаций); между циклами закалки отожжённой стали и газовым составом атмосферы (контроль процесса); между числом курсов обучения оператора и степенью его мастерства (планирование обучения и подготовки кадров) и т.д.

При наличии корреляционной зависимости между отдельными факторами значительно облегчается контроль процесса с технологической, временной и экономической точек зрения.

Применение диаграммы разброса для анализа зависимости между двумя характеристиками (результатами) можно видеть на таких примерах, как анализ зависимости между объёмом производства и себестоимостью изделия; между прочностью на растяжение стальной пластины и её прочностью на изгиб; между размерами комплектующих деталей и размерами изделий, смонтированных из этих деталей; между прямыми и косвенными затратами, составляющими себестоимость изделия; между толщиной стального листа и устойчивостью к изгибам и т.д.

При наличии корреляционной зависимости можно осуществлять контроль только одной (любой) из характеристик [35].

1.6.4 Стратификация (расслоение) данных

Стратификация - метод разделения полученных данных на отдельные группы в зависимости от выбранного стратифицирующего фактора. Если удачно осуществить стратификацию, можно выявить главную причину появления разброса параметров, уменьшить его и в конечном итоге добиться повышения качества продукции [47].

Это один из наиболее простых, эффективных и распространённых методов выявления причин несоответствий, влияния различных факторов на показатели качества процесса. Японские кружки качества выполняют стратификацию данных в среднем до 100 раз при решении одной проблемы.

Расслоение данных заключается в разделении результатов процесса на группы, внутри которых эти результаты получены в определённых условиях протекания процесса.

Данные, разделённые на группы по признаку условий их формирования, называют слоями (стратами), а сам процесс разделения на слои (страты) - расслоением (стратификацией) данных.

Расслоение данных производится часто по следующим признакам:

· оборудование (тип и форма; конструкция; срок службы; расположение, фирма-производитель; состояние и др.);

· человеческий фактор (заказчик; оператор; рабочий, поставленный в замену; мастер; стаж работы; мужчина или женщина; квалификация и др.);

· исходные материалы (изготовитель; тип и торговая марка;партия, качество, производитель и др.);

· методы (методы операции; условия операций - температура, давление и т.д.; система сдачи продукции, метод контроля, средство измерения и др.);

· время (дата; первая или вторая половина дня; день или ночь; день недели, смена работы, время года и др.);

· изделие (тип; сорт; качество; партия, производитель и др.).

Метод расслоения используется практически во всех областях человеческой деятельности для решения проблем материального характера. В частности, он применяется на всех этапах жизненного цикла машин. В процессе изготовления машин его применяют для анализа причин несоответствий при разработке предупреждающих и корректирующих мероприятий: при расчёте стоимости изделия, когда требуется оценка прямых и косвенных расходов отдельно по изделиям и по партиям; при оценке прибыли от продажи изделий отдельно по клиентам и по изделиям; при оценке качества хранения отдельно по изделиям и по партиям и т.п. Кроме того, расслоение используется в случае применения других статистических методов: при построении причинно-следственных диаграмм, диаграмм Парето, гистограмм и контрольных карт.

Наиболее часто используются три способа реализации расслоения данных.

1. Табличный. Результаты процесса, полученные в различных условиях, заносятся в отдельные части таблицы и сравниваются между собой.

2. Графический. Результаты процесса наносятся на график, в котором выделяются зоны, полученные в различных условиях. Результаты для различных условий процесса сравниваются между собой.

3. Дисперсионный анализ. Оценивается доля дисперсии результатов процесса, полученных в данных условиях, в общей дисперсии результатов для различных условий. Если эта доля является существенной, значит, данный фактор влияет на процесс. Метод позволяет количественно оценить степень влияния фактора на процесс [35].

1.6.5 Диаграмма Парето

Диаграмма Парето - инструмент, позволяющий выявить основные причины проблемы. Он представляет собой разновидность столбиковой диаграммы, применяемой для наглядного отображения рассматриваемых факторов в порядке уменьшения (возрастания) их значимости [47].

В 1897 году итальянский экономист В. Парето сформулировал принцип «неправильного распределения благосостояния в обществе». Он показал, что 80 % благ контролируется 20 % людей. В 1907 году эта идея была проиллюстрирована американским экономистом М. Лоренцом с помощью кумулятивной кривой, совмещённой со столбчатым графиком. Это сочетание и называют диаграммой Парето [47].

К числу наиболее характерных проблем в работе предприятия, для решения которых привлекают диаграмму Парето, относятся брак на различных операциях и в готовой продукции, простои оборудования из-за поломок или плохой организации производства, большие запасы готовой продукции на складе предприятия, поступление рекламаций, отказ постоянных партнёров (покупателей) от сотрудничества, задержки поставок сырья и полуфабрикатов, их низкое качество.

Различают два вида диаграмм Парето [32]:

1) Диаграмма Парето по результатам деятельности. Она предназначена для выявления главной проблемы и отражает нежелательные результаты деятельности, связанные: с качеством (дефекты, поломки, ошибки, отказы, рекламации, ремонты, возвраты продукции); с себестоимостью (объем потерь; затраты); сроками поставок (нехватка запасов, ошибки в составлении счетов, срыв сроков поставок); безопасностью (несчастные случаи, трагические ошибки, аварии).

2) Диаграмма Парето по причинам. Отражает причины проблем, возникающих в ходе производства, и используется для выявления главной из них: исполнитель работы: смена, бригада, возраст, опыт работы, квалификация, индивидуальные характеристики; оборудование: станки, агрегаты, инструменты, оснастка, организация использования, модели, штампы; сырье: изготовитель, вид сырья, завод-поставщик, партия; метод работы: условия производства, заказы-наряды, приемы работы, последовательность операций; измерения: точность (указаний, чтения, приборная), верность и повторяемость (умение дать одинаковое указание в последующих измерениях одного и того же значения), стабильность (повторяемость в течение длительного периода), совместная точность, тип измерительного прибора (аналоговый или цифровой).

С помощью диаграммы Парето анализируют также успехи в работе отдельных исполнителей, подразделений или фирм и пропагандируют их достижения. Для оценки эффективности мероприятий по решению какой-либо проблемы строят повторные диаграммы Парето через некоторое время после внедрения мероприятий. Для анализа причин, породивших какую-либо проблему, рекомендуется строить несколько диаграмм Парето для различных групп факторов, влияющих на данный процесс, и различных показателей его протекания. Часто диаграмма Парето используется в сочетании с причинно-следственной диаграммой. Причём причинно-следственная диаграмма может использоваться для выбора причин какой-либо проблемы, которые затем исследуются в диаграмме Парето. Либо диаграмма Парето может применяться для ранжирования важности причин по результатам голосования экспертов.

В основе диаграммы Парето лежит принцип 80/20, согласно которому 20 % причин приводят к 80 % проблем, поэтому целью построения диаграммы является выявление этих причин для концентрации усилий по их устранению.

1.6.6 Причинно-следственная диаграмма Исикавы (схема Исикавы)

Схема Исикавы - инструмент, позволяющий выявить отношение между показателями качества и воздействующими на него факторами. Можно сказать, что это инструмент, обеспечивающий системный подход к определению фактических причин возникновения отказов [47].

Причинно-следственную диаграмму (ПСД) используют для выявления и систематизации факторов (причин), влияющих на определённый результат процесса, вызывающих какую-либо проблему при его реализации. Построение ПСД обычно выполняют на первой стадии анализа процесса. Это качественный анализ, задачей которого является определение причин проблем. Затем определяют степень влияния этих причин (диаграмма Парето, корреляционный и дисперсионный анализ), характер влияния (контрольный листок, диаграмма разброса, гистограмма, регрессионный анализ, графики и др.), намечают мероприятия по устранению или уменьшению влияния причин несоответствий.

ПСД из-за её формы иногда называют ещё «рыбьей костью» или «рыбьим скелетом». Объектом исследования с помощью ПДС может быть проблема (например, «потребители не удовлетворены») или искомый результат (например, «полное удовлетворение потребителей»). Причём последний вариант бывает предпочтительней, так как часто позволяет найти более короткие пути к цели.

ПСД может быть построена индивидуально, но лучше это делать с помощью команды в режиме «мозгового штурма». К основным рекомендациям по организации «мозгового штурма» относятся: состав команды (в неё включают как узких специалистов разного профиля, так и людей, далёких от данной проблемы, но с высоким творческим потенциалом), порядок работы, роль ведущего и др.

1.6.7 Контрольные карты

Контрольная карта (КК) - это инструмент, позволяющий контролировать протекание процесса и воздействовать на него, предупреждая его отклонения от предъявленных требований [47].

В отличие от шести других инструментов, дающих возможность зафиксировать состояние процесса в определённый момент времени, контрольная карта позволяет следить за его состоянием и при необходимости воздействовать на него, предупреждая выход из-под контроля [1].

КК предназначены для мониторинга процессов с целью их анализа, регулирования и контроля. Для решения этих задач используют различные виды контрольных карт.

КК подразделяют на 3 основных вида: контрольные карты Шухарта, приёмочные и адаптивные. Все эти контрольные карты работают с выборочными данными по количественному или альтернативному признаку [29].

Существуют два основных типа КК Шухарта. В КК первого типа нанесены контрольные границы, рассчитанные на основе выборочных данных, но не указаны стандартные значения. Контрольные карты этого типа используют для определения, есть ли в серии наблюдений отклонения, превышающие ожидаемые и чисто случайные отклонения. Они полностью базируются на оценке выборочных данных. Эти КК применяют для обнаружения непостоянства системы причин, влияющих на изменение процесса и определение воспроизводимости показателей качества продукции или услуг и повторяемости (воспроизводимости) получаемых величин на стадиях изучения, разработки, постановки продукции на производство или в начальной стадии процесса обслуживания [1].

Ко второму типу относят КК, контрольные границы которых определяют на основе установленных стандартных значений для статистических характеристик, наносимых на карту. КК этого типа служат для определения, будут ли выборочные значения отличаться от установленных стандартных значений (т.е. превышают ли эти отклонения ожидаемые случайные отклонения). Стандартные значения могут быть установлены с учетом следующих факторов:

а) представительных предварительных данных (например, полученных на практике с помощью КК при отсутствии указанных стандартных величин);

б) экономических соображений, потребностей в услуге и затрат на производстве;

в) желательного или требуемого (установленного) значения, указанного в технической документации.

Необходимо отметить, что КК этого типа оценивают не только постоянство системы причин, влияющих на процесс, но ее соответствие указанным в технической документации стандартным значениям.

По типу используемых выборочных данных КК Шухарта могут быть двух классов: по альтернативному или по качественному признаку.

Данные по альтернативному признаку менее информативны, чем по качественному признаку. Для оценки фактического уровня несоответствий (дефектности) технологического процесса в текущее время по альтернативному признаку необходимо проконтролировать значительно больше изделий, чем по количественному.

КК для данных по альтернативному признаку подразделяются на [29]:

1) р-карта - для контроля доли несоответствующих (дефектных) изделий в выборке;

2) np-карта - для контроля числа несоответствующих (дефектных) изделий в выборке заданного объёма n;

3) c-карта - для контроля числа несоответствий (дефектов) в единице продукции;

4) u-карта - для контроля среднего числа несоответствий (дефектов) в расчёте на одно изделие в выборке или на единицу объёма для нештучной продукции.

Карты для количественных данных отражают состояние процесса через разброс (изменчивость от единицы к единице) и через расположение центра (среднее процесса). Поэтому контрольные карты для количественных данных применяют и анализируют парами - одна карта для расположения и одна - для разброса.

КК для данных по количественному признаку подразделяются на:

1) карта среднего () и размахов (R) или выборочных стандартных отклонений (s);

2) карта индивидуальных значений (Х) и скользящих размахов;

3) карта медиан (Ме) и размахов (R);

1.7 «Семь новых инструментов контроля качества»

Рассмотренные в п.1.3 простые инструменты контроля качества предназначены для анализа количественных данных о качестве. Они позволяют достаточно простыми, но в то же время научно обоснованными методами решать 95 % проблем анализа и управления качеством в разных областях. Они используют приёмы в основном математической статистики, доступны всем участникам процесса производства и применяются практически на всех этапах жизненного цикла продукции.

Однако при создании нового продукта не все факты имеют численную природу. Существуют факторы, которые поддаются лишь словесному описанию. Учёт этих факторов составляет примерно 5 % проблем в области качества. Эти проблемы возникают в основном в области управления процессами, системами, коллективами, и при их решении наряду со статическими методами необходимо использовать результаты операционного анализа, теории оптимизации, психологии и др.

Поэтому JUSE (Union of Japanese Scientists and Engineers - Союз японских учёных и инженеров) на базе этих наук разработал очень мощный и полезный набор инструментов, позволяющих облегчить задачу управления качеством при анализе указанных факторов.

Эти инструменты получили название «Семь инструментов управления» или «Семь новых инструментов контроля качества» и были собраны вместе JUSE только в 1979 году.

К «Семи инструментам управления» относятся:

1) диаграмма сродства;

2) диаграмма (график) взаимосвязей (зависимостей);

3) древовидная (системная) диаграмма (дерево решений);

4) матричная диаграмма или таблица качества;

5) стрелочная диаграмма;

6) диаграмма процесса осуществления программы;

7) матрица приоритетов (анализ матричных данных).

Сбор исходных данных для инструментов управления обычно осуществляют в период «мозговых штурмов» с участием как лиц, имеющих отношение к рассматриваемой проблеме (специалистов в данной и смежных областях), так и неспециалистов в этих областях, но способных генерировать продуктивные идеи в новых для себя вопросах.

Сфера применения «Семи новых инструментов контроля качества» быстро расширяется. Эти методы применяются в области обеспечения качества, в области контроля, курса, в области делопроизводства и управления, в области обучения и подготовки кадров, в области контроля производительности и др.

В области обеспечения качества применение «Семи новых инструментов» наиболее эффективно на этапе разработки новой продукции и подготовки проекта; для выработки мер, направленных на снижение брака и уменьшение рекламаций; для повышения надёжности и безопасности; для обеспечения выпуска изделий без загрязнения окружающей среды и т. д.

Обучение «Семи новым инструментам контроля качества» в Японии осуществляет Научное общество «Семи новых инструментов контроля качества». Каждый цикл подготовки специалистов продолжается 5 месяцев, на протяжении которых 11 полных дней слушатели изучают и практикуются в применении «Семи инструментов» [35].

2. Анализ технологии производства и оценка качества колёсных пар

2.1 Производственная деятельность ОАО «КрЭВРЗ»

С 2007 г. ОАО «Красноярский электровагоноремонтный завод» является самостоятельным юридическим лицом.

Основные виды производственной деятельности завода состоят в следующем:

- ремонт и модернизация электроподвижного состава, его узлов и агрегатов;

- ремонт пассажирских цельнометаллических вагонов в объеме КР1 и КР2, плацкартных вагонов с водяным и комбинированным отоплением, купейных вагонов с кондиционированием воздуха и без кондиционирования, вагонов СВ, вагонов-ресторанов, почтовых, специальных вагонов;

- ремонт электропоездов в объеме КР1 и КР2: постоянного тока серий ЭР-2, ЭР-2Р, ЭР-2Т, ЭД-2Т, ЭД-4, ЭД-4М, ЭД-4МК, ЭТ-2, ЭТ-2М, переменного тока серий ЭР-9П, ЭР9М, ЭР-9Е, ЭР-9Т, ЭД-9М, ЭД-9МК, ЭД-9Т, ЭД-1;

- ремонт тяговых электродвигателей электровозов; колесных пар, трансформаторов;

- ремонт средств измерения;

- производство запасных частей подвижного состава;

- модернизация электропоездов;

- изменение интерьеров салонов с применением новых материалов и конструкций;

- выполнение широкого спектра услуг организациям и населению.

Завод изготавливает следующие изделия: изделия механообработки; штампы и инструмент; резинотехнические изделия; системы вентиляции; гальванические покрытия (хром, никель, цинк); колесные пары нового формирования электропоездов и вагонов; запасные части подвижного состава

ОАО «КрЭВРЗ» выполняет заказы: железных дорог России, Белоруссии, Казахстана, Узбекистана; ФГУП «ГХК» г. Железногорск; ФГУП «Радиосвязь»; ФГУП «Почта России»; транспортных и строительных компаний города.

2.2 Основные сведения о колёсных парах

Колесные пары относятся к ходовым частям и являются одним из ответственных элементов вагона. Они предназначены для направления движения вагона по рельсовому пути и восприятия всех нагрузок, передающихся от вагона на рельсы при их вращении. Работая в сложных условиях загружения, колесные пары должны обеспечивать высокую надежность, так как от них во многом зависит безопасность движения поездов. Поэтому к колесным парам предъявляются особые, повышенные требования государственными стандартами, правилами технической эксплуатации железных дорог, инструкциями по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию вагонных колесных пар, а также другими нормативными документами при проектировании, изготовлении и содержании в эксплуатации. Конструкция и техническое состояние колесных пар оказывают влияние на плавность хода, величину сил, возникающих при взаимодействии вагона и пути, и сопротивление движению.

Работая в современных режимах эксплуатации железных дорог и экстремальных условиях окружающей среды, колесная пара вагона должна удовлетворять следующим основным требованиям: обладать достаточной прочностью, имея при этом минимальную необрессоренную массу (с целью снижения тары подвижного состава и уменьшения непосредственного воздействия на рельсовый путь и элементы вагона при прохождении неровностей рельсовой колеи); обладать некоторой упругостью, обеспечивающей снижение уровня шума и смягчение толчков, возникающих при движении вагона по рельсовому пути; совместно с буксовыми узлами обеспечивать возможно меньшее сопротивление при движении вагона и возможно большее сопротивление износу элементов, подвергающихся изнашиванию в эксплуатации.

Колесная пара (рисунок 2.1) состоит из оси (1) и двух укрепленных на ней колес (2). Тип колесной пары определяется типом оси и диаметром колес, а также конструкцией подшипника и способом крепления его на оси. Типы вагонных осей различают по размерам и форме шейки -- для роликовых подшипников качения и подшипников скольжения. Размеры оси устанавливают в зависимости от величины расчетной нагрузки, воспринимаемой ею при эксплуатации.

Рисунок 2.1 - Колёсная пара и форма

Колесные пары Ш-950 предназначены для эксплуатации с подшипниками скольжения, а колесные пары РУ1-950, РУ1Ш-950, РУ-950 и РУ-1050 - с роликовыми подшипниками (РУ - роликовая унифицированная, Ш - торцевое крепление внутренних колец подшипников приставной шайбой). Исходя из расчетной нагрузки, определяются диаметры шеек (3, 4, 5), подступичной (7) и средней (8) частей оси. Предподступичная часть (6) является ступенью перехода от шейки к подступичной части оси и служит для установки уплотняющих устройств буксы. На подступичных частях (6) прочно закрепляются колеса (2). В настоящее время в эксплуатации находятся еще небольшое количество колесных пар с осями III типа с подшипниками скольжения, которые заменяются на роликовые. На торцах их шеек (5) имеются буртики (6), ограничивающие продольные перемещения подшипников скольжения, располагающихся в верхних частях.

Рисунок 2.2 - Основные размеры колёсной пары

Для безопасного движения вагона по рельсовому пути на ось (1) прочно закрепляются колеса (2) (рисунок 2.2) с соблюдением строго определенных размеров. Расстояние между внутренними гранями колес L составляет: для новых колесных пар, предназначенных для вагонов, обращающихся со скоростями до 120 км/ч -- (1440 ± 3), свыше 120, но не более 160 км/ч (1440-1;+3). Во избежание неравномерной передачи нагрузки на колеса и рельсы разность размеров от торца оси до внутренней грани обода допускается для колесной пары не более 3 мм. Колеса, укрепленные на одной оси, не должны иметь разность по диаметру D более 1 мм, что предотвращает односторонний износ гребней и не допускает повышения сопротивления движению [22].

Вагонные оси (рисунок 2.3) являются составной частью колесной пары и представляют собой стальной брус круглого переменного по длине поперечного сечения.



Рисунок 2.3 - Типы вагонных осей

На подступичных частях (3) оси располагаются колеса, укрепленные жестко или подвижно, а на шейках (1) размещаются подшипники. Вагонные оси различают между собой: размерами, определяемыми в зависимости от заданной нагрузки; формой шейки оси в соответствии с применяемым типом подшипника -- для подшипников качения и подшипников скольжения; формой круглого поперечного сечения -- сплошные или полые; способом торцового крепления подшипников качения на шейке оси -- корончатой гайкой или шайбой. Кроме того, оси классифицируются по материалу и технологии изготовления. Между шейками (1) и подступичными частями (3) находятся предподступичные части (2), служащие для размещения деталей задних уплотняющих устройств букс, а также снижения концентрации напряжений в переходных сечениях от подступичных частей к шейкам оси. В местах изменения диаметров для снижения концентрации напряжений имеются плавные сопряжения -- галтели, выполненные определенными радиусами: от шейки (1) к предподступичной (2), от предподступичной к подступичной (3) и от средней (4) к подступичной частям. Снижение концентрации напряжений, вызванных посадкой внутреннего кольца роликового подшипника, обеспечивается разгружающей канавкой, расположенной у начала задней галтели шейки оси (рисунок 2.3-г). Оси для подшипников качения на концах шеек имеют нарезную часть (рисунок 2.3-а) для навинчивания корончатой гайки, а на торце имеется паз с двумя нарезными отверстиями для постановки и крепления двумя болтами стопорной планки. В вагонных осях с креплением подшипников качения при помощи приставной шайбы в торцах шеек делаются нарезные отверстия для болтов (рисунок 2.3-б) в двух вариантах: при помощи трех или четырех болтов. Оси для подшипников скольжения по торцам шеек имеют буртики М (рисунок 2.3-в), служащие для ограничения смещения подшипников вдоль оси наружу при движении вагона. На торцах всех типов осей предусмотрены центровые отверстия (рисунки 2.3-д, 2.3-е), служащие для установки и закрепления оси или колесной пары в центрах при обработке на токарном станке. Форма и размеры центровых отверстий стандартизированы. Оси колесных пар, оборудуемых дисковым тормозом, а также оси, на которых предусмотрена установка привода подвагонного генератора, имеют посадочные поверхности для установки тормозных дисков или деталей редуктора.

По конструкции вагонные колеса можно разделить на: безбандажные (цельные); бандажные (составные, состоящие из колесного центра, бандажа и предохранительного кольца); упругие, имеющие между бандажом и колесным центром упругий элемент; раздвижные на оси, вращающиеся на оси колеса. По способу изготовления колеса бывают: катаные и литые. В зависимости от размеров диаметра, измеренного в плоскости круга катания - 950 и 1050 мм [22].

Учитывая сложные условия работы и повышение надежности в эксплуатации, поверхность катания колеса должна обладать высокой прочностью, ударной вязкостью и износостойкостью, а металл диска и ступицы, удерживающихся на оси силами упругости, необходимой вязкостью. Этим требованиям удовлетворяют составные колеса, в которых бандаж можно изготовлять из стали повышенной прочности и твердости, а колесный центр -- из более вязкой и дешевой стали. Кроме того, при достижении предельного износа или появлении другого повреждения в эксплуатации бандаж можно заменить без смены колесного центра.

Однако в современных условиях эксплуатации железных дорог из-за существенных недостатков по прочности и надежности, значительной трудоемкости формирования колесной пары и повышенной массы бандажные колеса в нашей стране были заменены безбандажными. Причем наиболее совершенными и надежными в эксплуатации признаны стальные цельнокатаные.

2.3 Нормативные требования к осям и колёсным парам

Устанавливаются пять типов колёсных пар с осями типа РУ1Ш и РВ2Ш и колёсами диаметром 957 мм в зависимости от типа вагона и максимальной расчётной статической нагрузки от колёсной пары на рельсы (таблица 2.1). Основные размеры колёсных пар должны соответствовать указанным в таблице 2.2.

Таблица 2.1 - Типы колёсных пар [22]

Тип колёсной пары	Тип вагона	Конструкционная скорость вагона, км/ч	Максимальная расчётная статистическая нагрузка от колёсной пары на рельсы, кН (тс)
РУ1Ш-957-Г	Грузовой	120	230,5 (23,5)
РУ1Ш-957-П	Пассажирский	160	176,6 (18,0)
РУ1Ш-957-Э	Немоторный электропоезда	130	186,4 (19,0)
РУ1Ш-957-Д	Немоторный дизель-поезда	120
РВ2Ш-957-Г	Грузовой		245,2 (25,0)

Таблица 2.2 - Основные размеры колёсных пар [22]

Основные размеры	Значение
Расстояние между внутренними боковыми поверхностями ободьев колёс в одной колёсной паре, мм
Разность расстояний между внутренними боковыми поверхностями ободьев колёс, мм, не более	1,5
Разность диаметров колёс по кругу катания в одной колёсной паре, мм, не более	1,0
Разность расстояний от торцов предподступичных частей оси до внутренних боковых поверхностей ободьев колёс с одной и другой сторон колёсной пары, мм, не более	3,0
Отклонение от соосности кругов катания колёс относительно оси базовой поверхности, мм, не более	1,0

Посадка колёс на оси должна быть прессовой. Поверхности отверстий ступиц колёс должны быть расточены с параметрами шероховатости Rz ? 20 мкм [21]. Допуски формы поверхности отверстий ступиц колёс не должны превышать: допуск круглости (овальность) - 0,025 мм и допуск профиля продольного сечения (конусообразность) - 0,05 мм при условии расположения большего диаметра отверстия ступицы с внутренней стороны колеса.

Перед запрессовкой поверхности отверстий ступиц колёс и подступичных частей осей должны быть тщательно очищены, насухо протёрты и покрыты ровным слоем натуральной олифы или термообработанного растительного масла [24].

При термообработке масло следует нагреть до температуры от 140 єС до 150 єС, выдержать при этой температуре 2-3 ч, а затем после охлаждения дать отстояться не менее 48 ч. Осадок масла не следует испрльзовать при запрессовке.

Колёса и оси перед запрессовкой должны иметь одинаковую температуру. Допускается разница температуры не более 10 єС при условии превышения температуры колеса над температурой оси.

Колёса на оси должны быть запрессованы на гидравлических прессах с записью на ленте диаграммы «давление-путь» самопишущим прибором. Скорость движения плунжера пресса при запрессовке должна быть не более 3 мм/с.

Длина сопряжения колеса с осью, форма диаграммы запрессовки, а также условия перепрессовки должны соответствовать требованиям нормативных технических документов.

Колёсные пары должны быть оборудованы буксовыми узлами по нормативным техническим документам с подшипниками качения с цилиндрическими роликами или двухрядными коническими кассетного типа [20].

Буксовые узлы следует монтировать в соответствии с нормативными техническими документами.

Колёсные пары, предназначенные для пассажирских вагонов, эксплуатируемых в поездах со скоростями движения свыше 140 км/ч, должны быть подвергнуты динамической балансировке.

Колёсные пары должны быть окрашены [24, 23].

Конструкция колёсных пар должна допускать их переформирование для использования на железных дорогах колеи 1435 мм [22].

2.4 Описание технологического процесса формирования колёсных пар

Перед началом технологического процесса колёсная пара проходит входной контроль, при котором проверяется наличие сертификата на ось и наличие сопроводительного перечня документов.

После проверки документов ось транспортируется мостовым краном, производительностью в 10 тонн, для дефектоскопии на расстоянии 10 м. Ось захватывается двухветвевым стропом 2СК2-0,63/1800 грузоподъёмностью 0,63 т и длиной стропа 1800 мм. Строп - это простейшее грузозахватное приспособление в виде каната или цепи с захватными крюками (скобами).

Колесные пары железнодорожного транспорта эксплуатируются при неблагоприятных условиях (значительные осевые и радиальные нагрузки, переменные динамические и ударные воздействия, вибрационные нагрузки, воздействия электромагнитных полей, высокая скорость вращения, изменяющиеся климатические условия). Дефектоскопия колёсных пар необходима для контроля их надежности и работоспособности, которые должны оставаться в указанных условиях на уровне, оговоренном в нормативно-технической документации, даже при критических режимах.

После дефектоскопии цельнокатанное колесо транспортируется на одностоечный токарно-карусельный станок на расстоянии 20 м. Токарно-карусельные станки предназначены для обработки цилиндрических и конических (наружных и внутренних) поверхностей, протачивания канавок, отрезки, обработки торцовых поверхностей, а при использовании приспособлений -- для фасонного точения, нарезания резьбы и др., включая фрезерную и шлифовальную обработки.

На токарно-карусельном станке на данной операции производится расточка отверстия в ступице колеса согласно техническому процессу 031.02141.01720.

После расточки отверстия ось стропом передаётся на прессовый участок на расстоянии 20 м, и отдельно захватом на этот же участок предаётся цельнокатанное колесо. Колесо на ось напрессовывается гидравлическим насадочным прессом П6738Б с записью процесса запрессовки самопишущим манометром (индикатором) на ленте. Прессы предназначены для запрессовки и распрессовки рельсовых колесных пар железнодорожного транспорта, метро, трамваев, горнорудного и металлургического транспорта; для запрессовки валов в роторы электромашин, запрессовки втулок, подшипников, шестерен и других работ. Пресс представляет собой горизонтальную машину, состоящую из неподвижной левой и подвижной правой стоек, соединенных между собой двумя тягами и подвижной (упорной) траверсой. Масса пресса составляет 32000 кг, а номинальное усилие - 6300 кН. Габариты станка: длина - 11000 м, ширина - 3000 м, высота - 3280 м.

Скорость движения плунжера гидравлического пресса при запрессовке должна быть не выше 2 мм/с. Масштаб записи диаграммы запрессовки по длине должен быть не менее 1:2, а 1 мм диаграммы по высоте должен соответствовать усилию не более 2,5 тс. Прессуемые элементы колесных пар (цельнокатаные колеса и оси) должны иметь одинаковую температуру; допускается разница не более 10 єС при условии превышения температуры колеса над температурой оси.

Перед запрессовкой элементы колесных пар проверяют и подбирают по размерам. Посадочные поверхности ступиц колес и подступичные части осей должны быть тщательно очищены, насухо протерты и покрыты ровным слоем натуральной олифы или другого вареного растительного масла (льняное, конопляное или подсолнечное). Качество запрессовки контролируется по индикаторной диаграмме.

К основным контролируемым параметрам диаграммы запрессовки относятся:

а) величина конечных усилий;

б) длина сопряжения;

в) форма кривой.

Величина конечных усилий запрессовки должна быть в пределах 37-55 тс на каждые 100 мм диаметра подступичной части оси.

На основании нормы на каждом предприятии (завод, вагоноколесные мастерские, депо) необходимо составить таблицу усилий запрессовки в килограмм-силах на квадратный сантиметр (кгс/см²) и тонно-силах (тс) для различных диаметров подступичных частей осей (через 1 мм) с учетом переводного коэффициента пресса из кгс/см² в тс. Таблица должна быть утверждена главным инженером службы вагонного хозяйства или главным инженером завода.

Размеры натягов для достижения требуемых запрессовочных усилий устанавливаются предприятиями в пределах 0,10--0,25 мм.

Величина конечных усилий Р_зк на диаграмме запрессовки определяется уровнем точки кривой, соответствующей концу процесса запрессовки (рисунок 2.4-а, 2.4-б). При расположении диаграммы выше (рисунок 2.4-в) или ниже (рисунок 2.4-г) нулевой линии 0-0, а также при перекосе (рисунок 2.4-д) запрессовка не бракуется, а, конечные усилия должны определяться также уровнем точки диаграммы, соответствующей концу запрессовки с учетом величины смещения от нулевой линии. При обнаружении смещенных диаграмм запрессовки мастер прессового отделения обязан принять необходимые меры для ликвидации.

Не подлежат бракованию диаграммы, имеющие вначале запись холостого хода плунжера пресса (рисунок 2.4-е). Величину конечных запрессовочных усилий в этом случае нужно определять уровнем точки кривой, соответствующей концу процесса запрессовки, с уменьшением на величину давления холостого хода.

Рисунок 2.4 - Диаграмма запрессовки

На бланке диаграммы, кроме кривой изменения давления, должны быть записаны следующие данные: дата запрессовки, тип колесной пары, номер оси, диаметры подступичной части оси и отверстия ступицы колеса (с точностью до 0,01 мм), величина натяга, длина ступицы, конечное усилие запрессовки в тонно-силах, маркировка цельнокатаного колеса, сторона колесной пары (правая или левая).

Диаграмма запрессовки должна быть подписана: мастером и начальником вагоноколесных мастерских (ВКМ), а при отсутствии начальника ВКМ старшим мастером или заместителем начальника вагонного депо (ВЧД) в линейных предприятиях; мастером и инспектором ОТК на заводе, а на заводах промышленности, кроме того, заводским инспектором-приемщиком ЦБ МПС. На каждой забракованной диаграмме делается отметка «Брак» с указанием причины браковки.

По форме нормальная диаграмма запрессовки должна иметь плавно нарастающую несколько выпуклую вверх кривую по всей длине с начала до конца.

После прохождения операции напрессовки производится осмотр колёсных пар. Для этого на участке имеется измерительная стойка СИРК-Ш-410-530, предназначенная для проверки разности расстояний от предподступичных частей оси до внутренней боковой поверхности ободьев колёс с одной и другой стороны колёсной пары. Разность не должна быть более 3 мм.

В колёсной паре проверяется расстояние между внутренними боковыми поверхностями ободьев колёс, оно может составлять (1440+2;-1) мм. Также производят измерение разности расстояний между внутренними боковыми поверхностями ободьев колёс в двух взаимно противоположных плоскостях колёсной пары. Разность допускается не более 1,5 мм. Для проведения этих измерений используются: штангенциркуль ШЦ-III-1600-0.1 (ГОСТ 166-89); межбандажный штангенциркуль ИМ-01-04-60.

После осмотра колёсных пар она транспортируется траверсой на колесотокарный станок на расстоянии 20 м. Траверса - это горизонтальная балка металлорежущих станков (главным образом токарно-карусельных, продольно-строгальных и продольно-фрезерных), вертикально перемещающаяся по направляющим двух стоек. На этом участке используется токарно-копировальный станок 1836Б с бесступенчатым регулированием частот вращения шпинделя и подач. Его основные характеристики: длина - 7260 мм, ширина - 4720 мм, высота - 2340 мм, мощность двигателя главного движка - 55 кВт, масса станка - 43500 кг. На этом станке необходимо обточить колёса по кругу катания.

Мостовой кран с траверсой направляют колёсную пару на следующую операцию - дефектоскопию. На стенде дефектоскопии колёсных пар производится ультразвуковой контроль оси и колёс. Для этого используются дефектоскопы УДС-2, УД2-70 и УДС1-22.

Проверку элементов колесных пар дефектоскопами должен производить дефектоскопист, выдержавший испытание и получивший удостоверение на право контроля дефектоскопами деталей вагонов. Дефектоскописты ежегодно сдают испытания комиссиям, в которые входят: в депо и ВКМ - НОДВ (председатель) и помощник участкового ревизора по безопасности (УРБ), на заводах - главный инженер завода (председатель), начальник ОТК, начальник цеха и представитель лаборатории ультразвуковой дефектоскопии (УЗД).

Дефектоскопист является ответственным лицом за качество проверки дефектоскопом элементов колесных пар. Контроль за работой дефектоскописта осуществляется мастером, инспектором ОТК или контрольным мастером отдела технического контроля на заводах промышленности.

Ультразвуковые дефектоскопы предназначены для ультразвукового контроля узлов и деталей средств железнодорожного транспорта, в том числе осей (например типов РУ, РУ1, РУ1Ш) и колес, а также сварных соединении, с целью выявления внутренних дефектов и измерения их координат. Принцип действия дефектоскопа основан на свойствах ультразвуковых колебаний отражаться от поверхностей и неоднородностей в контролируемых деталях. Ультразвуковые колебания в деталях возбуждаются, и отраженные эхо-сигналы принимаются ультразвуковыми пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП).

Также на этом участке производится вихретоковый контроль цельнокатанного колеса дефектоскопом ВД-213.5 и магнитопорошковый контроль оси колёсной пары дефектоскопами МД-12ПШ и МД-12ПС.

Метод вихретоковой дефектоскопии дает возможность обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов. Он основан на использовании действия вихревых токов, возникающих в поверхностном слое контролируемой детали от пронизывания его магнитным потоком, на первичную или особую измерительную катушку.

Магнитная дефектоскопия отличается высокой чувствительностью, простотой технологии, наглядностью результатов, незначительными затратами. Метод основан на обнаружении магнитных потоков рассеяния, возникающих при наличии дефектов в намагниченных деталях.