Цифровизация измерений в металлообработке — необходимое условие повышения эффективности производства

Санкт-петербургский «Инженерно-метрологический центр «Микро» 30 лет специализируется в области разработки и производства импортозамещающих высокоточных приборов для линейно-угловых измерений. Одной из главнейших задач компании генеральный директор Станислав Тарасов считает внедрение цифровых методов измерений в процессы производства. По его мнению, только они дадут возможность добиться ликвидации брака при изготовлении деталей и обеспечить управление технологическим процессом на основе SPC. Иные способы, основанные на усилении визуального контроля, не принесут желаемого результата, потому что не позволяют выявить реальные причины несоответствия требованиям чертежа.  

Почему вы считаете, что принятый на большинстве предприятий контроль не дает возможности установить реальные причины брака?

На российских производствах применяется визуальный контроль изготавливаемых деталей и послеоперационный контроль ОТК, как правило, выборочный. При этом в обоих случаях используются одни и те же средства измерения в виде стрелочных приборов. Однако контролеру верят, а оператору станка — нет. Почему? Потому что результаты измерений, выполненные оператором, нигде не фиксируются. Чтобы подтвердить качество деталей, и введена дополнительная ступень контроля в виде ОТК. Если детали ответственные, могут проверить и в третий раз. Но опять с помощью тех же визуальных приборов контроля. Однако в следующих партиях брак может повториться. Встает вопрос — почему? Да потому, что он был просто зафиксирован, но причина не выявлена. Соответственно, не могут быть приняты меры к его устранению. Таким образом, при использовании визуальных систем контроля задача предотвращения брака не имеет эффективных путей решения. В промышленно развитых странах считается, что металлообработка является управляемым процессом, и поэтому брака в ней не должно быть.

Эффективность современного контроля ОТК покажу на личном опыте. После окончания школы я работал на заводе токарем- автоматчиком. У меня на обслуживании было семь станков. По окончанию смены промыл детали в керосине, несу их в ОТК. Контролер измерила несколько штук и забраковала. На другой день я с этими же деталями иду к контролеру другой смены, и она их принимает.

Недоверие работнику — единственная причина неэффективности существующей системы контроля?

Есть и другие. Как правило, для обеспечения высокой точности размеров изделий на предприятиях используют индикаторы часового типа или показывающие пружинные головки — микрокаторы. Пружинные головки — надежные приборы, они позволяют выполнять 1,5-2 млн измерений без потери точности. Но производить их перестали в 1990 г. Складские запасы заканчиваются.

Вторая проблема заключается в том, что в соответствии с ГОСТ 8.051-81 погрешность измерения линейных размеров до 500 мм не должна превышать 1/3 измеряемого допуска. Исходя из этого положения, в РД 50-89-86 приведены допустимые погрешности измерения универсальными средствами измерений. Но на измерительный процесс влияют и другие факторы, которые не учитываются. Поэтому за допускаемую погрешность измерительного приспособления принимают предел допускаемой погрешности только головки или индикатора, что приводит к увеличению недостоверности результата измерения.

На достоверность измерений также влияет выбор приемочных границ при оценке качества измеряемых деталей. Нормативные документы, на которые я ссылался выше, позволяют совмещать приемочные границы с границами поля допуска. То есть при показаниях прибора, равных наибольшему и наименьшему предельному размеру, детали считаются годными. Однако результат любого измерения — случайная величина с нормальным распределением и шириной рассеивания. В результате на границах поля допуска при приемке годные детали нередко бракуются, а негодные проходят контроль.

В развитых странах давно уже применяется метод оценки достоверности результатов измерений, основанный на понятии «неопределенность измерений».

Введение приемочных границ на основе учета неопределенности измерений позволяет добиться полной ликвидации брака при изготовлении деталей. Эффективно применять его позволяют цифровые измерительные приборы.

Как цифровизация на практике помогает решать проблему искоренения брака?

Цифровизация дает возможность управлять производственным процессом, позволяет видеть, насколько он, образно говоря, благополучен. Сейчас оператор станка сваливает все сделанные детали в один ящик. Там их невозможно идентифицировать. Контролер также проверяет их скопом — все или выборочно.

При цифровом способе измерений информация фиксируется в протоколе для каждой детали, они не обезличены. Каждая строка протокола соответствует конкретному изделию, поэтому их укладывают в определенном порядке, а не кучей. При этом в протоколе бракованные изделия помечаются, допустим, красным цветом, годные — зеленым. Последующий анализ этой информации позволяет понять, почему возник брак на конкретной детали, и подумать, как его не допустить в дальнейшем. То есть появляется возможность выявить причины брака отдельной детали, а не брака вообще. Без цифровизации такой возможности нет.

В 1983 г. в составе советской делегации я побывал на производственных площадках японской компании Mitutoyo, которая специализируется на производстве средств измерений. Уже в то время там послеоперационный контроль в виде ОТК отсутствовал. В цехе за качество полностью отвечали рабочие. Тогда я и проникся идеей внедрения в отечественное производство методов управления технологическим процессом. Но в СССР не было условий для его реализации, потому что не существовало цифровых измерительных приборов. Сейчас они есть, и созданы в нашей компании.

Расскажите об этих изделиях.

Я имею в виду цифровые измерительные головки ИГЦ, ИГЦМ и индуктивные преобразователи. Мы разработали и производим их совместно с санкт-петербургской компанией «Микромех» и ижевским предприятием «ВИПП Техника».

Цифровые головки заменяют микрокаторы и индикаторы часового типа. Они столь же долговечны, как и пружинные головки. Головки являются аналого-цифровыми изделиями, то есть имеют цифровой отсчет и виртуальную шкалу.

Головки ИГЦ и ИГЦМ отличаются друг от друга размером присоединительного диаметра. У ИГЦ он равен 28 мм. Они имеют высокую устойчивость к внешним загрязнителям, на них можно лить воду, масло, они не боятся пыли, поэтому, например, российские подшипниковые заводы практически на всех измерительных приспособлениях используют именно диаметр 28 мм. Кстати, в других странах он не используется.

У головок ИГЦМ присоединительный диаметр 8 мм. Они более чувствительны к условиям эксплуатации. Для них нормальная рабочая среда — лаборатория, поэтому ИГЦМ у нас покупают реже, чем ИГЦ.

Каждая головка ИГЦ и ИГЦМ имеет цифровой отсчет с дискретностью 0,1 мкм и семь переключаемых шкал, позволяющих заменять семь типоразмеров применяемых микрокаторов и микаторов.  

Выпускаем их в трех вариантах: визуальная головка, заменяющая микрокатор, визуальная головка с возможностью передачи результатов измерений на компьютер по USB-кабелю и визуальная головка с возможностью передачи результатов измерений на компьютер по радиоканалу. Возможность фиксации результатов измерений на компьютере и позволяет управлять технологическим процессом.

Какие задачи выполняют индуктивные преобразователи?

Цифровые индуктивные преобразователи имеют USB-выход, присоединительный диаметр 8 мм и предназначены для автоматизации и цифровизации измерений в машиностроении. Они особенно эффективны, когда требуется одновременно измерять несколько параметров детали (например, вала) и сохранять информацию о них в протоколе. При этом время измерений сопоставимо со временем изготовления детали, что особенно важно в серийном производстве. Возможность использования быстрых измерений не тормозит процесс производства.

Преобразователи выпускаем с механическим, вакуумным или пневматическим арретированием измерительного штока.

Новые индуктивные преобразователи имеют встроенные контроллеры, что делает их законченным средством измерения с собственными метрологическими характеристиками независимо от применяемого вторичного устройства. Они имеют более высокую точность, так как юстируются по большему числу точек.

Выпускаем преобразователи с различными интерфейсами, например, ДБ-9 (RS 232, RS 435), USB, что дает возможность подключать их к персональным компьютерам, промышленным контроллерам, электронным блокам БЭП-2.

Наши преобразователи позволяют заменять импортные аналоги, которые сейчас в Россию не поставляются.

Программное обеспечение для сбора и хранения информации с цифровых измерительных устройств тоже разработано?

Да, у нас разработано программное обеспечение, которое позволяет использовать весь инструментарий Excel для формирования протокола практически любой сложности, а также для обработки результатов измерений. Например, реализованы функции допускового контроля с цветовой индикацией, построение графиков измерений, статистическая аналитика полученных данных, многомерный контроль и многое другое без необходимости использовать дополнительное ПО. Стоимость ПО радиоканала включена в стоимость головки.

В России также создан программный комплекс «СтатАналитика», позволяющий решать широкий спектр задач в области сбора, анализа, визуализации и хранения данных, получаемых из производственных процессов. До его появления на отечественных предприятиях использовали немецкую программу Q-DAS.  

В комплексе «СтатАналитика» используются наиболее известные и трудоемкие методы анализа процессов производства, измерительных систем и качества продукции. Формирование протоколов, отчетов, контрольных карт и другой документации осуществляется по результатам любых работ, связанных с производством деталей.

Таким образом, операторы станков, сотрудники отделов качества, руководство структурных подразделений и предприятия в целом получают возможность наблюдать за производственными процессами в режиме онлайн, контролировать и совершенствовать их.

Как может выглядеть процесс внедрения цифровизации на предприятии?

Оптимальным вариантом представляется применение программно-целевого метода внедрения. Приказом по предприятию объявляется о реализации целевой программы цифровизации измерений. Руководителем программы назначается представитель службы технологов или качества, который заинтересован в проведении этого мероприятия. Он создает инициативную группу, которая определяет этапы, последовательность и мероприятия по реалицации программы. В рамках их выполнения руководитель программы напрямую подчиняется одному из руководителей предприятия, например главному инженеру или заместителю генерального директора. Но это в теории. На практике процесс внедрения цифровизации измерений в производство идет с большим трудом.  

В чем, по вашему мнению, причина?

Честно говоря, не знаю. Мы много внимания уделяем популяризации цифровизации измерений в металлообработке. Показываем нашу продукцию на выставках, участвуем в различных форумах, размещаем информацию в специализированных СМИ.

Технологи предприятий проявляют интерес к нашим изделиям, отдельные предприятия внедряют цифровые методы измерений, но массового отклика не наблюдаем. Понятно, что внедрение нового — это всегда непросто, оно приносит хлопоты, требует времени, которое у руководства в дефиците. Кроме того, не нужно забывать, что внедрение управления технологическим процессом через цифровизацию предполагает реорганизацию производства и отделов технического контроля, устранение контролеров из послеоперационного контроля. Кому-то в коллективе это может не понравиться, вызовет скрытое или явное сопротивление, что опять-таки не добавит новому методу популярности.   

Обозначилась также проблема изготовления вспомогательных устройств для эффективного использования цифровых измерительных приборов. Например, мы общались с представителями заводов-производителей автокомпонентов. Они вроде бы не против применять наши индуктивные преобразователи в многомерных измерениях. Однако у них нет производственной базы для изготовления приспособлений, позволяющих использовать эти преобразователи таким образом. Я полагаю, что нужно привлекать бизнес, чтобы он почувствовал свою выгоду и сам начал организовывать производства нужных приспособлений и оснастки. Вот только кто возьмет на себя задачу мотивации бизнеса? Наши возможности в этом плане сильно ограничены.

Думаю, что лучше всего это получится у государственных структур, коммерческих и общественных бизнес-объединений. Но их самих поначалу нужно как-то заинтересовать и убедить. Возможно, будет необходимо подготовить и провести ряд совещаний с участием представителей власти, бизнеса, металлообрабатывающих и машиностроительных предприятий. Но и здесь нужен инициатор. Мы со своей стороны готовы оказать консультационную, технологическую и любую иную поддержку.

Как бы там ни было, я уверен, что цифровизация металлообработки необходима. Иначе мы лишим себя возможности разработки и использования технологий, определяющих мировой уровень развития металлообрабатывающих производств.