Планирование логического эксперимента по методу г. Тагути на примере процесса производства картонно - навивных изделий

4. Маляров А.В. Фазовые превращения в углеродистых сталях при термоциклировании вблизи точки Кюри цементита // XXXIII ГАГАРИН-СКИЕ ЧТЕНИЯ. Научные труды Международной молодежной научной конференции в 8 томах. М.: МАТИ. 2009. Т.1. С. 46 - 47.

A. V. Malyarov, I. V. Tichonova, A.E. Gvozdev

THE INFLUENCE PLASTIC ZONE ON THE PROCESS GRAPHITIZATION OF STEEL THE MARK 09Г2С

The results present on the influence plastic zone on process graphitization and on the places ofpick outs of graphit inclusions in the steel of mark 09Г2С.

Key words: thermo-cyclic processing, graphitization, density, volume portion.

Получено 24.08.12

УДК 621.798.:658.562

В.Б. Протасьев, д-р техн. наук, проф.,

ПЛАНИРОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПО МЕТОДУ Г.ТАГУТИ НА ПРИМЕРЕ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА КАРТОННО-НАВИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Рассмотрен метод планирования эксперимента Г. Тагути для определения пути улучшения производственного процесса. Приведен пример использования планирования эксперимента на примере процесса производства картонно-навивных изделий.

Ключевые слова: планирование эксперимента, анализ, Т-критерий, ортогональная матрица, экспертное мнение.

При выявлении какого-либо хронического дефекта при производстве продукции сотрудниками производства проводится анализ проблемы, по результатам анализа, как правило, выявляется несколько причин появления этого дефекта. Однако не все причины требуют более глубокого анализа - большинство из них можно устранить проведением корректирующих мероприятий, не требующими дополнительных затрат.

При анализе более сложных причин, требующих более детального понимания, составляют перечень критичных параметров процесса, влияющих на его стабильность. Для улучшения существующего процесса, и, как следствие, для повышения качества выпускаемой продукции, необходимо провести физические эксперименты, по результатам которых можно будет сделать вывод о целесообразности улучшения процесса.

У производственных процессов, как правило, есть множество пара-

метров, перебор сочетаний которых может привести к значительным материальным затратам. В данном случае целесообразно использовать метод Генити Тагути. Особенностью планирования эксперимента по Г. Тагути является использование сбалансированных ортогональных матриц, в которых взаимодействуют разделенные на уровни управляемые и дестабилизирующие параметры [1].

Выбор ортогональной матрицы зависит от количества используемых параметров и числа уровней, на которые они разделяются при планировании экспериментов.

Определение Т-критерия является основной целью проведения экспериментов с использованием ортогональных матриц, этот параметр определяется по формуле:

т =

п А

- 1 *

где х =—¿х.- среднее значение параметра, величину которого нужно ста-

П 1

билизировать, увеличить или уменьшить; Х{ - результат опыта, т.е. выходной параметр, измеренный в физических единицах или как показано далее в экспертных оценках; п - количество дублей в проводимых опытах; А - изменчивость выходного параметра в каждом опыте;

1 - —2 £

\п-1 1

В ряде работ используется формула: т = — • При выборе зависимо-

Д

ста нужно учитывать, что чем больше Т-критерий, тем лучше.

По смыслу изменчивость имеет сходство со среднеквадратичным отклонением, но ввиду малого числа дублей (п=4...6) в каждом опыте используется такой термин.

Параметр х по терминологии Г. Тагути получил название сигнал, а параметр А - шум. Такое название критериев во многом объясняется тем, что Г. Тагути в начале своей деятельности работал в лаборатории электросвязи, где занимался вопросами улучшения качества связи.

Опыт, в котором Т-критерий максимален, определяет наилучшее сочетание уровней управляемых и дестабилизирующих параметров.

Для определения «веса» каждого из сочетаний параметров нами предлагается использовать экспертную оценку выраженную в баллах.

Определение Т-критерия выполняется по формулам (1) и (2) и, если предположить, что квалификация экспертов достаточна, то сомнение в целесообразности использования таких экспериментов сведется к минимуму, а их польза с учетом финансовых и временных затрат станет очевидной. Подобная методика исследования получила название робастного проектирования.

В результате робастного проектирования обеспечивается разработка техпроцессов, устойчивых по отношению к дестабилизирующим параметрам и стабильно обеспечивающим выходные характеристики.

Покажем пример практического применения данного метода на примере анализа проблемы по уменьшению криволинейности картонно-навивных гильз.

В работах[2,3]был проведен анализ проблемы из которого стало ясно, что одна из основных причин появления дефектов криволинейности гильз и снижения их прочности является нестабильный процесс нанесения клея. Задачей данного исследования является стабилизация количества нанесенного клея на картонные ленты.

Принципиальная схема устройства подачи клея на картонную ленту показана на рисунке 1, не требует дополнительных пояснений.

Рис. 1. Схема нанесения клея на картонную ленту

В таблице 1 приведены параметры процесса нанесения клея на картонную ленту, которые разделены на управляемые и дестабилизирующие.

Таблица 1

Управляемые и дестабилизирующие параметры

Параметры Уровни

1 2 3

Вязкость клея 30 сек. 18 сек. 5 сек.

Температура клея 30°С 35°С 40°С

Грамматура подаваемого клея

Длина сопла подачи клея 6 см 6,5 см 7 см

Ширина сопла подачи клея 6 мм 7мм 8 мм

Угол поворота ракельного ножа 90° 120° 135°

Глубина насечек на поверхности ракельного ножа 0,3 мм 0,5 мм 0,7 мм

Расстояние между насечками на ракельном ноже 4 мм 5 мм 6 мм

Форма ракельного ножа Круглая Усеченная

Диаметр ракельного ножа 2 см 2,2 см 2,5 см

Ширина усеченной поверхности ракельного ножа 2,2 см 2,4 см 2,6 см

Натяжение картонной ленты 5Ьаг

Скорость движения ленты 10 15 18

Впитываемость картонной ленты г/м2 50 100 150

Влажность картона % 4 6 8

Рассмотрим все параметры подробнее. Вязкость клея обратно пропорциональна его температуре - чем выше температура клея, тем ниже вязкость. Выбор параметра здесь будет зависеть от простоты измерения данного показателя. На гильзонавивном оборудовании установлен стандартный датчик температуры клея, поэтому для проведения эксперимента выберем параметр температура клея.

Параметры длины и ширины сопла подачи клея являются постоянными и определены конструкцией оборудования, поэтому они далее рассматриваться не будут. Однако, количество наносимого клея является одним из ключевых параметров для решения задачи стабилизации уровня влажности готового изделия, поэтому, зная механизм регулирования количества подаваемого клея с помощью крана, установим в качестве показателя данного параметра угол поворота крана, принимая за 0° перекрытую подачу клея и за 90° - максимально возможное количество подаваемого клея. Таким образом, еще одним параметром проведения эксперимента будет угол поворота крана подачи клея.

Глубина насечек и расстояние между ними на ракельном ноже яв-

ляются установленными заводом-изготовителем постоянными величинами, поэтому их не имеет смысла рассматривать на данном уровне исследования.

Форма ракельного ножа может быть двух типов - круглой и усеченной. Однако круглая форма не дает возможности каким-либо образом влиять на количество наносимого клея, поэтому в данном исследовании будет принята усеченная форма ракельного ножа.

Диаметр ракельного ножа и ширина его усеченной поверхности являются постоянными величинами. Поэтому данные параметры не будут включены в программу логического эксперимента.

Угол поворота ракельного ножа является по нашему мнению одним из ключевых параметров в решении данной задачи.

Натяжение картонной ленты регулируется с помощью пневматической системы натяжения. Данный параметр измеряется с помощью встроенного тензометра, единица измерения - бар. В связи с возможной вариацией данного параметра выберем его для проведения эксперимента.

Скорость движения картонной ленты измеряется скоростью движения ремня натяжения на узле намотки гильзы, которая может изменяться, единица измерения - обороты в минуту.

Параметры сырья (влажность и впитываемость картона) являются дестабилизирующими параметрами, но поскольку производство не имеет возможности изменять эти параметры, они исключаются из анализируемых данных.

Таким образом, таблица параметров логического эксперимента будет выглядеть следующим образом:

Таблица 2

Параметры логического эксперимента

Обозначение Параметры Уровни

1 2 3

A Температура клея 30°С 35°С 40°С

B Угол поворота крана подачи клея 90° 45° 15°

C Угол поворота ракельного ножа 90° 120° 135°

D Натяжение картонной ленты, bar 6 5 3

E Скорость движения ленты, об/мин 10 15 18

Количество опытов для данного количества факторов можно посчитать по формуле:

N = А Зп,

где А - количество трехуровневых факторов; п - количество дублей

N = 53 • 4 = 500.

Так как проведение такого количества опытов весьма затратно, то было решено путем случайной выборки выбрать 12 опытов.

Дробный факторный план с ортогональной матрицей состоящей из 12 экспериментов приведен в таблице 4. Строки матрицы представляют опыты, а столбцы - факторы.

Таблица 4

Ортогональная матрица L12

Испытание Факторы

А В С D Е

1 1 1 3 3 1

2 2 1 2 3 1

3 3 2 1 3 1

4 1 2 3 3 1

5 2 3 2 2 2

6 3 3 1 2 2

7 1 1 3 2 2

8 2 1 2 2 2

9 3 2 1 1 3

10 1 2 3 1 3

11 2 3 2 1 3

12 3 3 1 1 3

Особенностью планирования эксперимента по Г. Тагути является использование сбалансированных ортогональных матриц. Выбор ортогональной матрицы зависит от количества используемых параметров и числа уровней, на которые они разделяются при планировании экспериментов. Число опытов т в ортогональной матрице должно быть кратным количествам используемых уровней.

Если, например, т = 12, то двухуровневые параметры в вертикальных колонках ортогональной матрицы, должны использоваться по

12 * 12 . — = 6 раз, а трехуровневые по — = 4 раза.

В нашем случае т должно быть кратно 3.

По приведенной матрице проведения опытов, экспертам было предложено составить таблицу предпочтений, т.е. им предлагалось расставить оценки от 1 до 12 каждому из опытов.

Таблица 5

Экспертные мнения

Экспертные оценки Среднее

№ опыта значение

Эксперт 1 Эксперт 2 Эксперт 3 Эксперт 4 экспертных оценок

1 1 2 1 1 1

2 4 4 3 2 3

3 3 5 2 4 4

4 2 1 4 3 2

5 9 8 9 8 9

6 12 12 11 12 12

7 5 3 6 6 5

8 10 11 8 10 10

9 7 6 5 9 7

10 6 7 7 5 6

11 8 9 10 7 9

12 11 10 12 11 11

Комментарии экспертов:

Опыты 1-4 - Сочетание низкой скорости машины с низким уровнем натяжения ленты однозначно будет приводить к излишнему намоканию ленты, вне зависимости от угла поворота ракельного ножа.

Повышенное натяжение ленты в сочетании с высокой скоростью и избыточной подачей клея (опыт 9) может привести к намоканию ленты и появлению трещин по краям, что, в свою очередь приводит к снижению прочности гильзы.

Понижение температуры клея (1, 4, 7, 10) должно вести за собой увеличение подачи клея, что является не очень выгодным с точки зрения использования материалов. В то же время слишком густой клей приводит к более быстрому загрязнению сопла подачи клея и узла склейки в целом.

Повышение температуры клея в сочетании с увеличенной его подачей (опыты 3 и 9) нецелесообразно с точки зрения экономии.

Наиболее рационально сочетание высокой температуры клея с минимальной подачей и максимальным количеством съема клея (угол ракельного ножа 90°). Также наиболее целесообразным считается использовать рекомендуемые поставщиком оборудования настройки натяжения ленты и скорости ремня. Опыт №12.

Определение Т-критерия проводится по формулам (1) и (2).

Результаты экспертизы представлены в таблице 6.

Таблица 6

Результаты экспертизы

№ опыта Среднее значение экспертных оценок X А г = 18|

1 1,3 0,5033 0,3951

2 3,3 0,9487 0,5348

3 3,5 1,2910 0,4331

4 2,5 1,2910 0,2870

5 8,5 0,5774 1,1680

6 11,8 0,5033 1,3682

7 5 1,4142 0,5485

8 9,8 1,2596 0,8888

9 6,8 1,7088 0,5966

10 6,3 0,9592 0,8140

11 8,5 1,2910 0,8185

12 11 0,8165 1,1294

Таким образом, наиболее значимым является опыт №6 (Т=1,3682). По результатам планирования эксперимента принимается решение о проведении физического эксперимента с параметрами опыта №6.

Можно заключить, что Г. Тагути определяет тенденцию улучшения процесса и максимально упрощает процедуру ее поиска.

Список литературы

1. Леон Р., Шумейкер А., Тагути Г. и др. Управление качеством. Робастное проектирование. Метод Тагути. Пер. с англ. М.:«Сейфи», 2002. 384 с.

2. Е.С.Петренко «Пять почему?» - метод анализа проблем качества. Стандарты и качество, №7, с.60-63.

3. В.Б.Протасьев, Е.С.Петренко Квалиметрическая оценка качества картонно-навивных изделий. Известия ТулГУ. Технические науки, 2011.

Вып5,Ч.3, с.420-424.

4. Волокитина И.В, Протасьев В.Б., Плахотникова Е.В. Метрологическое обеспечение системы менеджмента качества образовательной деятельности. - Тула: Издательство ТулГУ, 2008. 132 с.

5. Волокитина И.В., Протасьев В.Б., Нуждин Г.А. Экспертный метод с применением логического эксперимента для оценки качества // Контроль. Диагностика. 2007. №12. С.73-76.

V.B. Protasiev, E.S. Petrenko

APPLICATION OF METHOD OF PLANNING EXPERIMENTS USING THE METHOD OF G.TAGUTY FOR EXAMPLE OF THE PRODUCTION OF CARDBOARD CORES

Presented advantages of using logical experiments for determine the tendency of improving the process of production. Shows the procedure for carrying out the logical experiment according to the method G. Taguchi.

Key words: planning of experiment, analysis, T-test, orthogonal matrix, the expert

opinion.

Получено 24.08.12

УДК 691.32:623 073; 691.217:620.3

М.С. Закуражнов, асп., +7910-555-71-77, Ы gmakz @шш1. ги

МОДИФИЦИРОВАНИЕ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ ДОБАВКАМИ ЗОЛЯ НАНОКРЕМНЕЗЕМА

Проведены исследования свойств мелкозернистых бетонов при введенных в них высокоактивных минеральных нанодобавок. В качестве нанодобавок использовались гели аморфного нанокремнезема. Произведена оценка эффективности влияния нанодобавок на свойства мелкозернистого бетона.

Ключевые слова: модифицирование мелкозернистых бетонов, золи нанокремнезема, пуццоланический эффект.

Исследование свойств строительных материалов с наночастицами, нанодобавками и наноструктурами, развитие теоретических представлений, разработка конкретных технологий получения новых материалов -это инновационное направление в строительстве. Одним из наиболее распространенных способов модифицирования структуры цементных композитов является введение высокоактивных нанодобавок на основе аморфи-зированных оксидов.

В качестве нанодобавок в бетоне могут использоваться различные