Статья посвящена проблематике автоматизации процесса контроля качества продукции на металлургических предприятиях и подходам используемым компанией IBS для решении данной задачи при внедрении MES-систем
Анатолий Семенцов, Ведущий разработчик Департамента отраслевых решений для металлургии Компания IBS
Статья посвящена проблематике автоматизации процесса контроля качества продукции на металлургических предприятиях и подходам используемым компанией IBS для решении данной задачи при внедрении MES-систем.
Управление качеством – это само по себе комплексное понятие, включающее в себя не только контроль качества, но и связанные с ним процессы, такие как планирование производства, оценка персонала, модернизация оборудования и пр. Однако тема эта настолько объемна, что здесь предлагается рассмотреть только некоторую часть этой проблемы, а именно: процесс регистрации данных контроля качества в разрезе процесса производства стали. Под управлением качеством здесь понимается сам процесс контроля качества, его интеграция с производством и в дальнейшем анализ статистических данных для оптимизации производственного процесса и улучшения качества продукции. Автоматизация контроля качества – понятие, которое включает в себя не только и не столько автоматическое получение значений контролируемых характеристик, например анализ химического состава металла. В настоящее время многие качественные характеристики регистрируются с помощью современных приборов, которые представляют их в цифровом виде, готовом для дальнейшей обработки. Хотя это конечно существенно улучшает состояние дела, но это всего лишь «сырые» данные. Для того чтобы воспользоваться ими в полной мере необходимо нечто более существенное. Попробуем разобраться в том, что можно предложить для решения этой задачи.
Рассмотрим схему взаимодействия производственного процесса и процесса контроля качества. Так как здесь рассматривается позаказное производство, то процесс контроля качества начинается с поступления клиентского заказа. Клиентский заказ – это заказ на определенный вид продукции, содержащий требования к качеству в виде наборов ГОСТ, ТУ, а также дополнительных требований определенного заказчика. Перед тем как запустить процесс производства, необходимо определить операции, объем контроля и нормативные значения на каждом этапе производственной цепочки. Под операцией контроля понимается набор действий, предназначенных для исследования определенных качеств материала. В металлургическом производстве это, в том числе:
Объем контроля – это набор качественных характеристик, количество образцов, необходимых для достоверного определения соответствия продукта в рамках одной операции контроля. Нормативные значения определяют рамки, в которые должно укладываться фактическое значение конкретной характеристики, для операции химического анализа, например это процентное содержание углерода. Процесс определения операций и объема контроля также разбивается на несколько этапов. Объем испытаний – набор операций контроля.
Технологическая операция – определяет конкретный этап производства, например выплавка или отжиг.
Начнем по порядку с первого и самого основного этапа – определения объема контроля и нормативных значений. Поскольку ГОСТЫ и ТУ содержат большой объем информации, некоторая информация имеет ссылочный характер, т.е. ТУ имеет ссылки на ГОСТ и пр. Основной же проблемой является наличие достаточно сложных зависимостей нормативных значений от различных дополнительных условий - размеров, профиля и т.п. Поэтому то и нужен этот этап нормализации требований для того чтобы в процессе производства можно было четко понимать какие операции контроля необходимо проводить, какие характеристики измерять и каким нормативным значениям они должны соответствовать. Однако процесс производства включает в себя множество этапов и соответственно на каждом определенном этапе не обязательно проводиться должен проводиться полный набор всех операций контроля и определяться весь объем контролируемых характеристик. Например, операция «Химический анализ» проводиться только на этапах выплавки и переплава, только там где химический состав действительно изменяется, при отжиге или отковке проводить эту операции заново не имеет смысла. Таким образом, следующим этапом является определение объема испытаний для каждой технологической операции. Этот этап требует несколько другой квалификации, поэтому и проводиться отдельно. Итак, в результате после прохождения этих двух этапов перед началом производства будут сформированы два основополагающих документа
Эти документы, как говорилось ранее, являются основополагающими для всего последующего контроля качества и должны, в обязательно порядке, проходить этапы согласования и утверждения. Однако, как известно, клиентских заказов не определяет уникальность продукции, для этого служит набор ГОСТ и ТУ, поэтому представление этих документов в электронном виде облегчит их повторное использование, кроме того здесь могут быть использованы дополнительные инструменты, например шаблоны планов контроля.
Теперь, когда все необходимые требования к продукции на каждом этапе сформированы, можно начать процесс производства. Рассмотрим этот процесс на примере технологической операции «Выплавка».
Рис. 1.
Как видно из схемы на рис. 1, прежде чем признать материал годным и отпустить на следующий шаг производственной цепочки, необходимо провести сбор данных и определить пригодность этого металла. Для этого будет использоваться созданный ранее план контроля. Однако, возможна ситуация когда одновременно выплавляются материалы, предназначенные для разных клиентских заказов и соответственно для выплавки будут определены несколько планов контроля. Это объясняется тем, что объем печи может превышать объем клиентского заказа, в этом случае несколько заказов со схожими требованиями объединяются. Тогда, при сборе фактических значений и при определении соответствия, необходимо работать сразу с несколькими планами контроля. Процесс в этом случае выглядит следующим образом (рис. 2). Здесь видно, что для определения фактических значений используется объединенный объем контроля, а нормативные значения берутся для каждого плана контроля в отдельности.
Рис. 2.
Объединенный план контроля – это в данном случае дополнительная сущность, которая должна формироваться автоматически из всех планов контроля, созданных на клиентские заказы, входящие в данную технологическую операцию. Для чего это понятие должно быть введено, Причиной является сам процесс отбора образцов (рис. 3.). Как видно из схемы отбор образцов происходит в не цехе испытаний, а количество отбираемых образцов должно быть известно. Если в цехе испытаний есть информация о том, какие планы контроля используются для данной продукции, то в производственном цехе, такой информации нет. Но технологическая операция не начинается с цеха испытаний, совсем наоборот. Таким образом, этот объединенный план контроля должен быть создан на этапе планирования и это может быть сделано автоматически, исходя из состава технологической операции.
Рис. 3.
Теперь можно рассмотреть уже весь процесс целиком (рис. 4.). На этой схеме изображен процесс выплавки, начиная с расчета шихтовки и заканчивая назначением материала на следующие шаги в цепочке технологических операций. Отсюда опять же вытекает необходимость автоматического формирования объединенного плана контроля.
Рис. 4.
Для того чтобы автоматизировать данный процесс, необходимо определить еще некоторые дополнительные понятия. У нас уже есть основополагающие вещи, необходимые для автоматизации процесса – это планы контроля двух уровней, объединенный план контроля, необходимо добавить также понятие технологическая цепочка, плавка, задание на контроль и контрольная партия. Технологическая цепочка – последовательность технологических операций, необходимых для получения требуемого вида продукции. Плавка – каждая операция выплавки, переплава в металлургическом производстве имеет свой уникальный номер, использующийся в качестве номера плавки, каждый материал обязательно имеет свой номер плавки. Обработка материалов, как правило, производится поплавочно, т. е. в одной технологической операции одновременно не могут использоваться материалы из разных плавок. Задание на контроль – заявка, переданая в цех испытаний. Включает в себя информацию о материалах, образцы и пр. информацию, необходимую для дальнейшей обработки. Задание на контроль формируется после завершения технологической операции и получения выходного материала. Контрольная партия – дополнительная сущность, введенная для объединения материалов с одинаковыми признаками (набор признаком может различаться). Из всех этих понятий для контрольной партии потребуются отдельные пояснения. Рассмотрим более детально интеграцию процесса контроля качества и производства (рис. 5). С одной и той же технологической операции выходит несколько материалов, это может быть связано с различными факторами, например при выплавке, полученный материал может быть разного размера и профиля, или в передельном производстве может быть изготовлен разными бригадами и в разное время, возможно просто будет принят послиточно. В данном случае для производства должно быть четко определен материал именно как объект, с указанием местоположения, профиля, времени производства, бригады и пр. характеристик. Но, для проведения контроля качества вся эта информация не нужна, так как все остальные характеристики (плавка, технологическая операция, набор ГОСТ и ТУ) этого материала позволяют рассматривать его как единое целое, т. е. цех испытаний оперирует целиком партией материала. Это дает возможность проводить испытания только один раз и создавать только одно задание на контроль, при этом вновь произведенные материалы, удовлетворяющие определенным требованиям, должны будут автоматически включаться в контрольную партию.
Рис. 5.
После того как все испытания проведены и определено соответствие контрольной партии тому или иному ГОСТ и ТУ, часть материал, признанного годным, должна отправиться далее по технологической цепочке, а часть, либо на комиссию по качеству, либо на передел, либо просто списывается в брак. Естественно, что сам процесс контроля качества включает в себя такие этапы как отправка/прием или возврат образцов, создание повторных заявок на образцы, ввод фактических значений характеристик в разрезе операция контроля, проведение операции сравнения фактических значений контролируемых характеристик с их нормативными значениями в полуавтоматическом режиме, и наконец, принятие решения о соответствии. Решение о соответствии может быть принято также и в разрезе характеристик, образцов и операций контроля. Процесс интеграции контроля качества в производственный процесс предполагает также возможность блокирования каких-либо действий с материалом до принятия решения о качества (признание годным или списание в брак), это может быть сделано, как с использованием электронных средств, так и организационно.
В процессе работы вся собранная информация на каждом этапе производства должна быть сохранена для дальнейшей обработки. На основании этих данных формируется различная отчетность. А на последнем этапе производственной цепочки, на основании всех проведенных ранее испытаний, сделанных заключений по всем заданиям на контроль которые были проведены во время производства, становиться возможным создание сертификата качества на готовую продукцию.
Итак, предлагаемая схема контроля качества в производстве, предлагает системный подход к управлению качеством. Это не просто сбор данных, это контроль на каждом шаге производства. Такой подход обеспечивает, кроме того более оптимизированное использование человеческого ресурса, за счет разделения труда. В данной модели специалист со знанием ГОСТ, ТУ и специальных требований заказчика, требуется только для определения первоначальных характеристик в плане контроля клиентского заказа. Определение соответствия характеристик нормативам происходит в полуавтоматическом режиме, это снижает вероятность ошибки, тем более что такого рода сверка происходит несколько раз в несколько этапов. Плотная интеграция в производственный процесс не позволит запустить в производство материалы не прошедшие контроль качества или не соответствующие необходимым нормативам. Упорядоченность данных позволяет легко найти результаты испытаний, проведенных на любом из шагов производственной цепочки, начиная с химического анализа шихтовых материалов, экспресс-анализа в процессе плавки, и заканчивая испытанием свойств на последнем производственном шаге. Упорядоченность данных позволяет легко найти результаты испытаний, проведенных на любом из шагов производственной цепочки, начиная с химического анализа шихтовых материалов, экспресс-анализа в процессе плавки, и заканчивая испытанием свойств на последнем производственном шаге. Это может быть очень полезно при решении спорных вопросов с заказчиком. Система аудита и разграничения прав доступа должна будет точно определить не только дату и время действий совершенных в системе, но также и ответственного сотрудника, что само по себе уже способно повысить уровень ответственности и производительность труда персонала завода
Данные, собранные в результате работы за определенный период, позволят производить дополнительный анализ, расчет различных статистических величин. Эта информация может быть использована для улучшения производственного процесса, определения тонких мест при планировании, позволит оценить такие характеристики, как экономическая выгода от приобретения нового оборудования или обучения персонала. Все это, в конечном итоге, позволит оптимизировать производственный процесс и повысит конкурентоспособность продукции предприятия.
