Идентификация и мониторинг процесса «Обеспечение сырьем» на предприятии «Ключищенская керамика»

УПРАВЛЕНИЕ, ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

УДК 658.5

H. Н. Умарова, В. Ф. Сопин, А. Г. Миндеева,

Р. Н. Исмаилова

ИДЕНТИФИКАЦИЯ И МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССА «ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЫРЬЕМ» НА ПРЕДПРИЯТИИ «КЛЮЧИЩЕНСКАЯ КЕРАМИКА»

Ключевые слова: система менеджмента качества, сырье, процесс, статистические методы управления качеством. quality management system, raw materials, process, statistical

management methods quality.

В рамках проведения мероприятий по разработке и внедрению сжтемы менеджмента качества на соответствие требованиям ISO 9001 на предприятии «Ключищинская керамика» идентифицирован процесс «Обеспечение сырьем». Основываясь на результатах применения статистических методов управления качеством, предложены рекомендации по улучшению процесса. By working out and introduction a quality management system on conformity to requirements ISO 9001 at the enterprise «Kljuchishchinsky ceramics» process «Provision of raw materials» is identified. Being based on results of application of statistical management methods quality, recommendations about process improvement are offered.

В поселке Ключищи Верхнеуслонского района РТ введен в эксплуатацию завод по производству керамических стеновых материалов «Ключищинская керамика», оснащенный испанской технологической линией Solincer-Ingicer-Verdes мощностью 60 млн. штук условного кирпича в год. Сырьем для производства керамических изделий служит глина Ключищенского месторождения, для повышения марочности продукции и расширения цветовой гаммы в качестве добавки вводится светложгущаяся глина Максимковского месторождения (10-40 %). Из смеси (шихты) данных глин на заводе налажен выпуск пустотелых стеновых камней и кирпича марочностью М 150-250.

Принципиальная схема технологической линии Solincer-lngicer-Verdes предусматривает:

I. отделение предварительной подготовки сырья, состоящее из годового конуса, предназначенного для усреднения глины, и теплого глинозапасника с температурой не ниже +15 °С, где создается резерв компонентов шихты примерно на два месяца работы завода;

2. отделение массопереработки и формования;

3. оборудование «влажной» стороны сушилки;

4. крупногабаритная проходная многозоновая сушилка;

5. оборудование «сухой» стороны сушилки;

6. туннельная печь с предплечьем;

7. оборудование для пакетирования и упаковки готовой продукции [1].

Предприятие «Ключищенская керамика» уже столкнулось с практически повсеместным требованием наличия сертификата соответствия на готовую продукцию. Для кирпича и камня керамических предусмотрена процедура добровольного подтверждения соответствия требованиям ГОСТ 530-2007 «Кирпич и камень керамические. Общие техниче-

ские условия». Но в числе первоочередных технических регламентов, которые должны быть приняты до 1 января 2010 года, фигурирует технический регламент «О безопасности строительных материалов и изделий». Согласно последнему подтверждение соответствия стеновых материалов, в том числе кирпича и камней керамических, будет осуществляться в форме декларирования соответствия.

В настоящее время завод приступил к сертификационным испытаниям на соответствие ГОСТ 530-2007, а приоритетом ближайшей перспективы стала разработка, внедрение и сертификация системы менеджмента качества (далее - СМК) на основе 180 серии 9000. Сертификат системы менеджмента качества необходим для включения организации в Реестр конкурентоспособных предприятий, а после вступления в силу технического регламента будет использоваться в качестве доказательного материала при подтверждении соответствия строительных материалов требованиям безопасности.

Для того, чтобы помочь предприятию в выстраивании не формально, а эффективно функционирующей СМК, нами предложена методика управления технологическим процессом «Обеспечение сырьем», основанная на применении статистических методов. Данный процесс относится к категории основных процессов компании и охватывает работы по разработке полезного ископаемого, а также отделение предварительной подготовки сырья - первое звено в рассмотренной технологической цепочке.

На предприятии до этого момента отсутствовали какие-либо инструменты менеджмента качества сырья, что, тем не менее, позволяло выпускать изделия, соответствующие требованиям нормативных документов. Однако если мы хотим опережать конкурентов и оперативно реагировать на динамично меняющиеся условия рыночной среды, нам необходимо добиться не случайного, а закономерного качества продукции.

Качество готовых изделий, согласно упомянутому ГОСТу, характеризуется целой совокупностью технических характеристик: внешний вид, средняя плотность, пределы прочности при сжатии и изгибе, водопоглощение, морозостойкость, удельная эффективная активность естественных радионуклидов. Глинистые породы - основное сырье для производства керамического кирпича и камней - представляют собой сложную механическую смесь глинообразующих минералов и примесей и так же определяются большим набором технологических свойств, учитываемых при оценке качества. К показателям качества сырья относятся: естественная влажность, гранулометрический состав, содержание крупнозернистых, в том числе карбонатных включений, пластичность, чувствительность к сушке, минеральный состав, усадка, спекаемость [2].

При таком разнообразии регистрируемых показателей свойств сырья представляется практически невозможной четкая и оперативная корректировка его состава, которым в конечном итоге определяются не менее многочисленные характеристики качества обожженных изделий. Поэтому идентификация и мониторинг процесса «Обеспечение сырьем» включают выполнение следующих операций:

1. Построение процессной модели обеспечения сырьем

Процесс «Обеспечение сырьем» представляет собой поточную схему, состоящую из пяти последовательных подпроцессов: планирование горных работ, горные работы, хранение сырья в промежуточном конусе, мониторинг и контроль, корректирующие и предупреждающие действия. Модель технологического процесса «Обеспечение сырьем» (рис. 1) дает множество основных типов данных, необходимых при осуществлении процесса. Например, нормативная и техническая документация позволяют осуществлять менеджмент качества добытого сырья; требования потребителей, финансовые ресурсы, априорные данные геологоразведочных отчетов, низкокачественное сырье рассматриваются как входные данные про-

цесса, в то время как персонал и оборудование осуществляют процесс. Выходными данными являются качественное сырье и промежуточный запас глины для производства._

Нормативная

документация

Т ехниче с кая документ ац ия

Отчет о

геологор авведочнык работа^ годовой план производства

Годовая потребность в /финан сировании, годовой план развития горных работ

Низкокачественное неоднородное сырье,

Журналы результатов анализа и статанализа

Персонал

Оборудов шие

Специалисты лаборатории и «Недрапроект»

Специалисты участка добычи сырья и лабоватовии

Рис. 1 - Структура процесса «Обеспечение сырьем»

Общая функция представленной на рис. 1 системы - обеспечить удовлетворенность потребителей компании путем бесперебойной поставки производственным подразделениям качественного глинистого сырья, в объемах необходимых и достаточных для бесперебойного производства продукции и дальнейшей ее реализации на внутренних и внешних рынках.

Необходимо уточнить, что в данной работе, ввиду отсутствия каких-либо строгих указаний со стороны нормативных документов в отношении вопроса толкования понятия «качество глинистого сырья», под «качественным» сырьем мы будем понимать сырье высокой степени однородности, т.е. характеризующееся наименьшим разбросом (изменчивостью) параметров качества. В производственной практике «качество» сырья обычно определяют как пригодность глинистой породы для получения керамических изделий, соответствующих техническим требованиям к готовой продукции.

2. Анализ влияния качества сырьевого материала на качество готовых изделий, определение существенных и несущественных для качества показателей

В работе [3] с помощью проекционных математических методов - метода главных компонент (МГК) и проекции на латентные структуры (ПЛС) - выявлена связь между технологическими свойствами сырья и показателями качества готовой продукции, описываемая однозначным регрессионным уравнением с коэффициентом корреляции 0,947 (1):

ГК1У=0,81127 ГК1Х,

где ГК1У - главная компонента У (для показателей качества обожженных изделий); ГК1Х -главная компонента Х (для показателей качества исходного сырья).

Введение главных компонент, которые являются линейной комбинацией исходных переменных, позволяет значительно сократить количество статистических параметров, нуждающихся в регулировании. Авторами работы [3] научно обоснована избыточность входного контроля Ключищенской глины по всем показателям технологических свойств, поскольку МГК-анализ выявил сильную корреляционную зависимость между ними. Целесообразно выбрать наиболее экономичный и экспрессный метод испытаний, например, гранулометрический анализ, позволяющий определить весовое содержание в породе частиц разной крупности: более 0,05 мм (песчаная фракция), 0,05-0,005 мм (пылеватая фракция), 0,005-0,001 мм (глинистая фракция). Сильная корреляционная зависимость присутствует и при анализе показателей качества обожженных изделий. Возможно, что одного показателя, например, предела прочности на сжатие вполне достаточно для присвоения марки продукции [3].

Недостатком данного подхода является некоторая его упрощенность, однако для таких сложных физических и химических систем, как глинистое сырье и керамические изделия, получаемые из него, подобные модели могут дать всеобъемлющее представление о структуре данных и о существующей связи внутри данных. Наличие однозначной связи между параметрами готовой продукции позволяет предсказывать марку будущей продукции по результатам входного контроля [3].

3. Анализ эффективности и управляемости применяемого метода предварительной подготовки поступающего сырья

Для оценки эффективности применяемого метода предварительной подготовки поступающего на производство сырья - вылеживания в конусе, проведен дисперсионный анализ исходного сырья Ключищенского карьера кирпичных глин и сырья, прошедшего стадию предварительной подготовки. Сведения об исходном сырье получены из входных данных процесса «Обеспечение сырьем» - геологоразведочного отчета 2007 г. Основные характеристики распределения данных поступающего на производство сырья, рассчитаны на основе результатов входного контроля 20 проб глины Ключищенского месторождения, отобранных с ленточного питателя. Гранулометрический анализ проводился согласно не-стандартизованной методике Рутковского.

Процесс конусования признавался эффективным, если дисперсии и средние двух выборок имели статистически значимые различия. В этом случае предполагалось, что удалось достичь значительного усреднения глинистого сырья по гранулометрическому составу. Дисперсии содержания каждой фракции сравнивали по Б-критерию Фишера методом однофакторного дисперсионного анализа при уровне значимости а=0,05. Сравнение средних значений и содержания каждой фракции проводили по и-критерию и 1-критерию Стьюдента при том же уровне значимости при условии статистического равенства их дисперсий.

Результаты проверки статистических гипотез свидетельствуют о том, что разница дисперсий выборки, полученной после предварительного усреднения глины в конусе, и выборки, полученной при геологоразведочных работах 2007 г., статистически не значима. По-видимому, закладка глины в конус не приводит к желаемой однородности, с позиции которой мы оцениваем качество сырья.

Высказанному предположению не противоречит вид графика «Вох^Ывкег» («ящик-усы») (рис. 2), который позволяет в одних координатах представить такие характеристики распределения, как: среднее арифметическое, стандартное отклонение и довери-

тельный интервал. Судя по размеру «ящиков», отражающему стандартные отклонения выборок, после предварительной подготовки глинистое сырье имеет больший разброс параметров, чем в исходном случае. Уменьшение рассеяния показателей состава сырья относительно исходного достигается лишь в отделении массопереработки - для 20 проб шихты, содержащей 80 % Ключищенской глины и 20 % Максимковской глины и отобранной после измельчения на вальцах супертонкого помола.

Рис. 2 - График «Box-Whisker» («ящик-усы») для оценки эффективности процесса предварительной подготовки сырья

Тем не менее, вывод о неэффективной работе конуса мы сочли поспешным и маловероятным без проведения проверки пригодности метода измерений. На основе пяти параллельных измерений содержания глинистой и песчаной фракций в Ключищенской глине с ленточного питателя вычислена ошибка измерения, которая для указанных фракций составила 17,6 % и 26,7 % соответственно. Согласно рекомендациям [4], ошибка измерения может составлять менее 5 % поля допуска. Содержание фракций в глинистом сырье не регламентируется в нормативных документах, поэтому допуск рассчитан для коэффициента вариации повторяемости на основе регрессионной зависимости (1) и равен 16,6 %. Таким образом, используемый в лаборатории «Ключищенской керамики» метод определения гранулометрического состава не позволяет оценить эффективность усреднения методом конусования, поскольку несет ошибку, в несколько раз превышающую допустимую. Следовательно, если мы хотим получить достоверные сведения о качестве сырья, необходимо использовать более точные методы и приборы гранулометрического анализа, например лазерные и оптические анализаторы размеров частиц.

При оценке управляемости процесса предварительной подготовки сырья был использован один из простых методов управления качеством, заключающийся в построении контрольных карт Шухарта.

Анализируя совместно контрольные карты для Ключищенской глины с ленточного питателя и шихты, отобранной после вальцов супертонкого помола, пришли к выводу, что процесс предварительной подготовки сырья находится в статистически неуправляемом состоянии, и, возможно, этим обусловлено аналогичное поведение процесса подготовки шихты. На это указывают выбросы на карте индивидуальных значений содержания глинистых частиц в глине Ключищенского месторождения (рис. 3) и карте скользящего размаха для содержания пылеватой фракции в шихте (рис. 4). Кроме того, на всех картах отмечено наличие неслучайных структур точек и трендов.

X and Moving R Chart; variable: Лаб. Ключ. глина

Histogram of Observations

01 23456789 10 Histogram of Moving Ranges

X: 22,085 (22,085); Sigma: 5,1448 (5,1448); n: 1,

10 12 14 16 18 20

0 1 2 3 4 5 6 7

10 12 14 16 18 20

Рис. 3 - Карты индивидуальных значений и скользящего размаха для контроля стабильности процесса предварительной подготовки Ключищенской глины

Отклонение от стационарности процесса подготовки шихты может быть вызвано изменчивостью состава сырьевого материала - Ключищенской глины или глины Максим-ковского месторождения, или же внесением корректировок в состав шихты, сопровождающимся, например, уменьшением доли тонкодисперсной Ключищенской глины в смеси и соответствующим повышением доли среднедисперсной Максимковской глины.

Histogram of Observations

X: 57,555 (57,555); Sigma: 4,2772 (4,2772); n: 1,

0 1 2 3 4 5 6 7

Histogram of Moving Ranges

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Рис. 4 - Карты индивидуальных значений и скользящего размаха для контроля стабильности процесса подготовки шихты

Таким образом, основываясь на результатах статистического анализа гранулометрического состава глинистого сырья, можно предложить руководству предприятия «Клю-чищенская керамика» следующие рекомендации по улучшению процесса «Обеспечение сырьем»:

1. рассмотреть вопрос о замене метода Рутковского на современные и более точные методы анализа гранулометрического состава;

2. обеспечить документирование любых вносимых в регламент работы оборудования и состав шихты изменений;

3. выявить и устранить причины статистически неуправляемого состояния процесса подготовки сырья методом вылеживания в конусе. Устранение несоответствий может проводиться с учетом следующих параметров оптимизации процесса:

а) параметры технологии формирования конуса:

- толщина слоя при послойной укладке (чем меньше толщина слоя укладываемой глины, тем эффективнее протекают процессы проветривания и подсыхания);

- угол наклона боковых сторон (чем выше угол наклона, тем меньше соотношение наружного слоя, который может переувлажниться или зимой промерзнуть к общему объему запасов);

б) параметры окружающей среды:

- загрязненность технологической линии - автодорог, функциональных элементов горного оборудования и автосамосвалов (чистота технологической линии позволяет минимизировать вероятность попадания в глину различных посторонних включений);

- правильная ориентировка конуса (на южную сторону, чтобы глина и забой максимально освещались солнцем);

- закладка глины в хороших погодных условиях в теплое время года.

Конечной целью выполненных мероприятий было повышение оперативности и эффективности корректировки процесса «Обеспечения сырьем», своевременность настройки процесса на стабильность, повышение объективности контроля.

Литература

1. Тарасевич, Б.П. Технологическая линия Verdes-Ingicer-Solincer на заводе «Ключищенская керамика» в Татарстане/ Б.П. Тарасевич // Строительные материалы. - 2007. - № 11. - С.48-51.

2. ОСТ 21-78-91 Сырье глинистое (горные породы) для производства керамических кирпича и камней. Технические требования. Методы испытаний. - введ. 1991-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 12 с.

3. Умарова, Н.Н. Анализ свойств Ключищенской глины проекционными методами / Н.Н. Умарова, Р.Г. Романова, А.Н. Ливада // Строительне материалы. - 2009. - №6.

4. Томас, А. Литтл. Десять требований к организации эффективного управления процессом / Литтл А. Томас // Стандарты и качество. - 2003. - № 4.

© Н. Н. Умарова - канд. хим. наук, доц. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ; В. Ф. Сопин - д-р хим. наук, проф., зав. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ; А. Г. Миндеева - студ. КГТУ; Р. Н. Исмаилова - канд. хим. наук, доц. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ. Б-шаі1:І8ша_70@шаі1.ги