Автоматизированные системы контроля качества продукции

В последнее время российские предприятия по мере продвижения продукции на рынки сбыта все чаще сталкиваются с жесткими требованиями к качеству выпускаемой продукции. Основой к способности является качество. И хотя кроме качества к показателям конкурентоспособности относятся цена, сроки поставки, производительность, сервисное обслуживание и ряд других показателей, по результатам опросов именно качеству отдают предпочтение 70% покупателей и заказчиков при выборе продукции. Особенно это характерно для продукции, выпускаемой предприятиями пищевой промышленности. Автоматизированные системы контроля качества продукцииВ современном обществе, где выживаемость и конкурентоспособность отдельной продукции из большого обилия предлагаемой зависит от благосклонности потребителей, важно постоянно контролировать и повышать ее качество: именно оно напрямую влияет на сроки пребывания товара на рынке.Технический контроль качества продукции, направленный на оценку соответствия заявляемых характеристик товара и гарантирующий его качество потребителю, может осуществляться различными методами в зависимости от вида продукции, ее изучаемых физических, химических и механических свойств и многого другого. При этом его можно проводить как вручную, при непосредственном участии исследователя, так и с помощью механизированных средств. Так как первый метод (например, визуальный анализ) не всегда может решить задачи контроля качества и, к тому же, чреват ошибками, обусловленными обычным «человеческим фактором», то во многих областях исследований для проведения контроля качества предпочтительнее применять специальное оборудование.Для повышения скорости и точности исследований и измерений, уменьшения времени, затрачиваемого на обработку и оценку результатов, а также - для устранения ошибок, допускаемых самими исследователями при проведении контроля качества, часто проводят его автоматизацию.Автоматизированная система контроля качества обеспечивает непрерывный контроль качества изделий (например, при их движении на конвейерной ленте), за счет этого повышается скорость, безошибочность и удобство анализа продукции. Помимо этого, данная система за счет программной составляющей чаще всего располагает возможностью ввода, обработки и хранения в базе данных полученной при измерениях информации [1].Целью контроля качества является обеспечение установленного качества продукции, предотвращение дефектов, предотвращение выпуска некачественной продукции. Ответственность за качество продукции лежит на всех работниках предприятия.Средства контроля качества продукции - контрольно-измерительные приборы, инструменты и устройства автоматического управления. Особенно эффективными являются встроенные в технологическое оборудование автоматические средства управления, обеспечивающие управление непосредственно во время производственного процесса. Это позволяет сократить количество контроллеров и предотвращает появление брака.Виды контроля качества устанавливаются в зависимости от характера производства и требований к качеству продукции. Различают следующие виды контроля:группа - для группы связанных операций, связанных с полной или частичной обработкой детали;оперативный контроль за соблюдением процесса на производстве большой сложности и точности;выборочный - выбрано определенное количество товаров, выбранных в качестве представителей;сплошной - проводится на каждом продукте.Методы контроля качества:визуальный осмотр;проверка размера;проверка механических и физических свойств;проверить на чистоту окружающей среды.Особое место занимает статистический метод технического контроля качества. Математическая основа этого метода - теория вероятностей. Для технологического процесса, находящегося в стадии статистического контроля качества продукции, можно установить метод статистического контроля, существенными признаками которого являются:регулярность систематических наблюдений;мониторинг образцов;нанесение результатов контроля на график контроля.Целью методов статистического контроля является устранение случайных изменений качества продукции. Такие изменения вызваны конкретными причинами, которые необходимо установить и устранить. Статистические методы контроля качества делятся на:статистический приемочный контроль на альтернативной основе;выборочный приемочный контроль путем изменения качественных характеристик;стандарты статистического приемочного контроля;система экономических планов;планы непрерывного отбора проб;методы статистического регулирования технологических процессов.Для успешного применения статистических методов контроля качества продукции большое значение имеет наличие соответствующих руководств и стандартов, которые должны быть доступны широкому кругу инженерно-технических работников. Стандарты статистического приемочного контроля дают возможность объективно сравнивать уровни качества партий одного и того же продукта во времени и на разных предприятиях.Остановимся подробнее на основных требованиях к стандартам статистического приемочного контроля.Прежде всего, стандарт должен содержать достаточно большое количество планов, имеющих разные эксплуатационные характеристики. Это важно, поскольку позволяет выбирать планы контроля с учетом особенностей производства и требований потребителей к качеству продукции. Желательно, чтобы в стандарте указывались различные типы планов: одноэтапные, двухэтапные, многоэтапные, последовательные планы контроля и т. д.Основными элементами стандартов приемочного контроля являются:Таблицы планов контроля выборки, используемых в нормальном ходе производства, а также планы по усиленному контролю в условиях беспорядка и для облегчения контроля при достижении высокого качества.Правила выбора планов с учетом особенностей контроля.Правила перехода от нормального контроля к усиленному или легкому и обратного перехода при нормальном ходе производства. Методы расчета последующих оценок качественных показателей контролируемого процесса.Экспертные методы оценки основаны на использовании обобщенного опыта и интуиции специалистов и потребителя продукта. Их следует использовать, когда невозможно или сложно использовать более объективные методы контроля. Экспертный метод также используется для характеристики эстетических свойств продукта.В последние годы в мировой практике большое внимание уделяется внутреннему контролю качества продукции, который называется полным контролем качества. Основные характеристики этой системы:передача полномочий по контролю качества от высшего руководства к низшему уровню;развитие движения в рамках малых коллективов под названием «кружки качества»;стремление к признанию рынка исходя из приоритетности требований клиента;постепенное развитие на основе изучения прошлого опыта [2]. Все больше производителей внедряют на своих предприятиях автоматизированные системы контроля качества для упреждающего обнаружения дефектов и экономии соответствующих затрат. Эти решения также позволяют улучшить общее качество продукции и повысить производительность за счет отказа от трудоемких ручных проверок, что положительно влияет на конкурентоспособность.Благодаря развитию технологий в этой сфере автоматизированные системы, особенно метрологические решения для работы на конвейере и у производственной линии, можно быстро внедрить, устранив многие проблемы. Давайте подробнее рассмотрим автоматизированные системы контроля качества и то, как они преображают процессы производства.Процессы ручного и автоматизированного контроля качества сильно различаются.При ручном контроле технологи и операторы измеряют, проверяют и оценивают изделия либо на всех этапах производства, либо в определенных интервалах технологического цикла. Если устройства и технологии для проверки качества отсутствуют (т.е. процесс полностью ручной), приходится полагаться исключительно на результаты наблюдений сотрудников.Некоторые производители проводят проверку первого изделия в специальной метрологической лаборатории с использованием координатно-измерительных машин (КИМ). На первый взгляд, такие процессы автоматизированы. В действительности же все еще требуются загрузка, управление и разгрузка КИМ вручную – их проводит опытный специалист или метролог.Тем не менее, при контроле этого типа большую роль играет человеческий фактор и навыки специалистов, выполняющих работу, что может отрицательно сказаться на точности и надежности измерений. Более того, ручной контроль может серьезно замедлить темпы производства в зависимости от эффективности процесса и доступности лаборатории и КИМ. Наконец, контролеры ОТК физически не могут проверить каждую деталь или изделие в условиях крупносерийного производства. Каков конечный результат? Снижение производительности и нарушение графика.Контроль качества с применением автоматизации устраняет практически все недостатки процесса, выполняемого вручную и с помощью традиционных КИМ.Зачастую предприятия выбирают кастомизированный оптический 3D-сканер, устанавливаемый на руку-робота, или готовое решение в виде автоматизированной системы 3D-сканирования для оптимизации производственных циклов. Они не требуют человеческого вмешательства за исключением загрузки и выгрузки, что позволяет достигать высокой производительности.Такие системы используются для решения многих задач, в том числе проверки первого изделия на конвейере и у производственной линии, проверки деталей и оснастки в процессе производства, оценки поставляемых деталей и перевод результатов измерений в цифровой формат для архивации и отслеживания данных.Автоматизированные системы контроля обладают многими преимуществами, которые помогают повысить качество деталей и конечных изделий. Вот несколько примеров.Из-за нехватки опытных операторов КИМ производители все чаще обращаются к автоматизированным решениям, стремясь не только устранить сдерживающие факторы, но и улучшить качество деталей, поскольку такие системы не зависят от человеческого фактора. Кроме того, квалифицированные сотрудники могут заниматься более важными задачами, например, анализом данных и процесса контроля.Автоматизация повышает надежность контроля, гарантируя точные измерения сложных деталей, в том числе в условиях крупносерийного производства.Роботизированные системы могут собирать больше данных для большого количества деталей с большей скоростью. В сочетании с расширенными функциями составления отчетов это позволяет производителям принимать более обдуманные решения на основе надежных результатов по большему количеству компонентов.Поскольку автоматизированные системы собирают 3D-данные в неограниченном объеме, такие операции могут обеспечить динамичный, актуальный анализ качества производства, а также упростить прохождение комплексных тестов на соответствие стандартам, которые можно продемонстрировать клиентам.Предприятия могут выполнять автоматизированный контроль качества прямо (или практически) на конвейере для оптимизации производительности. Можно измерять:больше деталей с одинаковой размерностью в час;только наиболее важные размеры большого количества деталей, увеличивая производительность;то же количество деталей, но получать больше информации о каждой из них для дальнейшего архивирования и отслеживания данных;больше деталей и больше параметров в час.Это позволяет быстрее выявлять дефекты и несоответствия и принимать корректирующие меры для предотвращения простоев и соблюдения графика производства [3]. До настоящего времени не существует единого определения понятия «качество продукции». Существующие определения, как правило, неполны или неточны. В ГОСТ Р ИСО 9000-2001 «Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь» дано следующее определение: «Качество — степень соответствия совокупности присущих характеристик требованиям». В данной статье будем пользоваться этим определением.Для оценки качества необходимо определить количественные характеристики свойств и показателей (экономических, технических и др.) оцениваемого изделия или продукта, т. е. определить показатели качества продукции.Показатели качества продукции пищевой промышленности весьма разнообразны. Для каждого вида продукции номенклатура показателей качества определяется соответствующими отраслевыми стандартами или техническими условиями, принятыми на предприятии.Для обеспечения необходимого качества продукции на предприятиях создаются системы менеджмента качества (СМК), в основе которых лежат информационно-управляющие системы (ИУС).Тем самым создание и внедрение автоматизированной системы контроля качества (АСКК) в составе ИУС является весьма актуальной задачей, представляющей как научный, так и практический интерес. Основные виды контроля качества продукции, используемые в пищевой промышленности.Организация и проведение контроля качества является одним из основных элементов СМК на стадиях производства и выпуска готовой продукции. Технический контроль представляет собой совокупность операций, выполняемых на всех стадиях производства от контроля качества поступающих на предприятие сырья и материалов до выпуска готовой продукции.Основная задача технического контроля на предприятии — своевременное получение полной и достоверной информации о качестве продукции, состоянии оборудования и технологического процесса с целью предупреждения неполадок и отклонений, которые могут привести к нарушениям требований стандартов и технических условий. Функции технического контроля определяются во многом задачами и объектами производства. Сюда относятся контроль за качеством выпускаемой продукции, учет и анализ причин возврата продукции, дефектов, брака, рекламаций и др.На предприятиях пищевой промышленности функции технического контроля выполняют измерительные лаборатории, отделы технического контроля, где проводятся анализы сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, а также собирается и обрабатывается информация о соответствии параметров технологического процесса техническим условиям и стандартам.В настоящее время на предприятиях пищевой отрасли применяются следующие виды технического контроля [1]:органолептический контроль, осуществляемый посредством только органов чувств (контроль вкуса, запаха и т. п.) без определения количественныхзначений контролируемого объекта;визуальный осмотр — один из видов органолептического контроля, при котором контроль осуществляется только органами зрения (осмотр упаковки, позволяющий определить отсутствие/наличие поверхностных, внешних дефектов);измерение размеров позволяет определить правильность форм и соблюдения установленных размеров;физико-химические методы измерения параметров продукции;микробиологические методы измерения параметров продукции.Перечисленные виды технического контроля предполагают хранение, обработку и последующий анализ массивов данных о качественных и количественных характеристиках большого числа образцов продукции.При организации АСКК выпускаемой продукции должно быть предусмотрено следующее:создание документальных форм, необходимых для статистического контроля и регулирования технологических операций и включение их в нормативную документацию (НД) предприятия;представление обобщенной информации по результатам анализа брака;подготовка перечня критических операций, узлов и параметров, подлежащих контролю;проведение мероприятий по обеспечению точности и стабильности технологического оборудования, средств измерений и автоматизации;ведение статистического контроля показателей качества покупных сырья, материалов;выбор методов обработки результатов статистического контроля;изучение корреляционных связей между характеристиками продукции, режимами проведения операций и основными механизмами появления возможных дефектов (брака).Применение такого подхода определяет информационно-логическую и структурно-функциональную схемы АСКК.Информационно-логическая структура базы данныхОсновными объектами в разрабатываемой системе являются:номенклатурная позиция — сырье и материалы, полуфабрикаты, получаемые в процессе производства, готовая продукция. Объект, подлежащий контролю;спецификация — список измеряемых параметров на группу номенклатурных позиций и стандартные значения для этих параметров, определяемые используемыми стандартами (ГОСТ, ТУ предприятияи т. п.);спецификация на номенклатурную позицию — список измеряемых параметров на конкретную номенклатурную позицию и стандартные значения для этих параметров, определяемые используемыми стандартами (ГОСТ, ТУ предприятия и т. п.). Спецификация определяется уникальным именем,датой, по которую действует данная спецификация, набором измеряемых параметров, стандартными значениями для параметра и единицей измерения для данного параметра.Значения измеряемых параметров в спецификации могут иметь один из перечисленных типов:текстовый. Вводится то слово, которому должно соответствовать вводимое значение параметра, например, «соответствует» или «коричневый» и т. д.;числовое значение, например, 12,5;диапазон значений, например, 100—150;любое значение (цифровое или символьное), которое не будет ни с чем сравниваться. Для этого используется символ «*».Процедура — набор операций, используемых при контроле качества. Например, можно использовать процедуры, которые определяются местом проведения контроля в технологическом процессе: входной, операционный или выходной контроль.Операция — действия, выполняемые при проверке номенклатурной позиции. Например, можно определить следующие операции: анализ физико-химических или микробиологических параметров. Документ качества- документ, в который заносятся результаты проведенных анализов.Журнал качества — журнал, в котором регистрируются документы качества с результатами измерений.Участок тестирования — рабочий участок с измерительным оборудованием, на котором проводятся контрольные операции.Перечисленные объекты являются основой построения АСКК.Структура прикладного программного обеспеченияРазрабатываемое прикладное программное обеспечение может быть условно разбито на следующие основные блоки:программы, позволяющие хранить и обрабатывать справочную информацию, к которой относятся данные о стандартных значениях (ГОСТ и ТУ) параметров номенклатурных позиций (сырье и материалы, полуфабрикаты, готовая продукция);программы, позволяющие хранить, обновлятьинформацию о произведенных измерениях параметров номенклатурных позиций, формирующие журналы лабораторных испытаний;программы, позволяющие производить предварительную обработку результатов, полученных в ходе измерений в технологическом цикле производства и при лабораторных испытаниях. В этих программах реализованы статистические методы обработки данных измерений: вычисление средних значений и дисперсий контролируемых параметров, построение карт Шухарта;программы, позволяющие формировать отчетные документы (журналы качества, акты о браке, удостоверения качества и др.);интерфейсные программы связи с используемымина предприятии ЕКР-системами;интерфейсные программы связи с используемыми автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУ ТП);программы хранения и итоговой обработки интегрированных показателей качества продукции средствами аналитических систем, построенных по OLAP-технологии.Описываемая система проектировалась с учетом специфики контроля качества продукции, выпускаемой предприятиями пищевой промышленности, заключающейся в измерении физико-химических и микробиологических параметров сырья и материалов, полуфабрикатов и готовой продукции (схема). Это обстоятельство предполагает использование в технологических процессах контроля довольно широкого спектра контрольно-измерительного оборудования и SCADA-систем'. Что определяет, в свою очередь, необходимость включения в состав АСКК интерфейса с АСУ ТП и/или SCADA -системами.Интерфейс с ЕRР-системой позволяет загружать в АСКК часть нормативно-справочной информации, имеющейся в ЕRР-системе, информацию о закупаемых сырье и материалах, о технологическом процессе, данные партионного контроля, данные о возвратах готовой продукции потребителями, информацию из сервисных центров (для предприятий, имеющих сервисные центры).Рассмотренная АСКК разрабатывалась для одного из пивоваренных предприятий и была реализована на базе СУБД «Progress». В качестве SCADA -системы использовалась система IN Touch (корпорация Wonder ware), представляющая собой мощный человеко-машинный интерфейс (НМI) для промышленной автоматизации, управления технологическими процессами и диспетчерского контроля, ЕRР-системы — система MFG/РRО (компании QAD, Inc.) — корпоративная информационная система, предназначенная для автоматизации процесса управления деятельностью средних и крупных промышленных предприятий с дискретным типом производства. Входной контроль осуществлялся по следующим видам сырья и материалов: солод, дрожжи, сахар, бутылки. Операционный контроль проводился по результатам измерений температурного режима, плотности, цветности, кислотности, концентрации клеток и других параметров пива на всех этапах его приготовления: дробление, варка, брожение, фильтрация, розлив. Выходной контроль предполагал измерения качества пива в бутылках по таким параметрам, как плотность, кислотность, объемная доля спирта, пено-стойкость и т.д.К системам класса SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) относят системы супервизорного управления и сбора технологических данных, в состав которых входят программно-аппаратные средства, взаимодействующих между собой посредством локальных и глобальных сетей.Предварительная обработка результатов измерений осуществлялась путем вычисления средних значений и дисперсий измеряемых параметров, по результатам обработки строились карты Шухарта [2].По результатам контроля выпускались удостоверения и сертификаты качества для партий готовой продукции.Использование разработанной АСКК позволило снизить процент брака на 10% за счет использования поставщиков более качественного сырья, оперативного контроля и управления технологическим процессом. Кроме того, АСКК стала составной частью СМК собственно предприятия, что позволило ему пройти сертификацию на соответствие требованиям стандарта 150 9001:2000 [4].

Заключение

В заключение хотелось бы отметить, что дальнейшая работа по совершенствованию АСКК должна строиться по двум направлениям:разработка интерфейсов с различными SCADA -системами;разработка подсистемы анализа результатов измерений с использованием технологии DATA Mining, позволяющей осуществлять процесс обнаружения в «сырых» данных ранее неизвестных, практически полезных и доступных интерпретации знаний, необходимых для принятия решений в различных сферах человеческой деятельности.

Список использованной литературы

1. Автоматизация контроля качества: [Электронный ресурс]. URL: http://altamisoft.ru/article/quality_control_automation/ (Дата обращения: 28.03.2022)2. Бандурин А.В. Управление качеством: [Электронный ресурс]. URL: https://www.cfin.ru/management/iso9000/qmanbook-3.shtml (Дата обращения: 28.03.2022)3. Крупенников И. Контроль качества: [Электронный ресурс]. URL: https://blog.iqb.ru/automated-quality-control-systems/ (Дата обращения: 28.03.2022)4. Чуюинский А.М. Основы управления качеством: [Электронный ресурс]. URL: Uchebnoe-posobie-Osnovy-upravleniya-kachestvom.pdf (Дата обращения: 28.03.2022)