Statistická analýza výroby a povlakování pístků. Václav Chmelík

Transkript

1 Statistická analýza výroby a povlakování pístků Václav Chmelík Úvod Statistická analýza výroby je důležitý prostředek pro poznání stavu výrobních procesů. Bez důkladné analýzy není možné seriozně vyhodnotit stav jakéhokoliv procesu a učinit následná rozhodnutí. Pro seriozní analýzu jsou ale potřeba také seriozní data, tj. data, která nejsou zatížena chybami. Za předpokladu, že měřidlo použité pro měření sledovaného znaku(ů) je správně kalibrováno, může být výsledek ovlivněn chybou měřidla, tedy jeho rozptylem a chybou osoby, která měření provádí. Na ověření, zda je měřidlo pro dané měření vhodné je možné použít např. koeficienty způsobilosti měřidla c g, c gk. Další metodou, která umožní posoudit, zda je měřidlo pro daný účel vhodné a zda není měření ovlivněno operátorem je metoda R&R (Reproducibility&Repeability). Může se však stát, že ani splnění požadavků uvedených metod nemusí stačit. Následující příspěvek ukazuje, že je nutné brát zřetel i na vlivy, které jsou uvedenými metodami nepostižitelné. Výsledky měření Výsledky měření, které budou dále uvedeny se týkají měření průměrů hliníkových válečků. Válečky byly vyráběny ve dvojicích soustružením s předepsanými parametry: průměr: (31,862±0,005) mm, obvod.házení: (0,005 0,030) mm, kruhovitost: 0,01mm. Výrobní dávkou bylo 16 ks dvojválečků. Každý váleček byl měřen na dvou místech, celkem tedy 64 hodnot z dávky. Pro měření byla použita měřidla: - indukčnostní snímač TESA s rozlišením 0,001 mm v pistolovém držáku pro usnadnění a urychlení měření, - vzduchový snímač Air Micro se snímači v diferenciálním zapojení s rozlišením 0,0001 mm.

2 Všechna vyhodnocení a grafy jsou zpracovány v programu Minitab, verze 14. Probability Plot of podskupiny 1 Normal - 95% CI Percent 99, Mean 31,86 StDev 0, N 64 AD 1,313 P-Value <0, ,1 31,855 31,860 31,865 podskupiny 1 31,870 31,875 Obr. 1 Na obrázku 1 jsou pomocí pravděpodobnostního grafu znázorněny výsledky měření dávky pomocí snímače TESA. Hodnota jsou rozděleny do 11 tříd a jejich rozdělení není symetrické ačkoliv není žádný důvod proč by průměr měl mít nesymetrické rozdělení. Podobně při zobrazení hodnot v histogramu a výpočtu koeficientů způsobilosti na obr. 2 Process Capability of podskupiny 1 (using 95,0% confidence) Process Data LSL 31,857 Target * USL 31,867 Sample Mean 31,8635 Sample N 64 StDev (Within) 0, StDev (Ov erall) 0, Observed Perf ormance PPM < LSL 0,00 PPM > USL ,00 PPM Total ,00 LSL USL 31,857 31,859 31,861 31,863 31,865 31,867 31,869 Exp. Within Perf ormance PPM < LSL 7152,74 PPM > USL 90584,12 PPM Total 97736,86 Exp. Overall Performance PPM < LSL 5670,06 PPM > USL 83451,38 PPM Total 89121,44 Within Overall Potential (Within) Capability Cp 0,63 Lower CL 0,50 Upper CL 0,76 CPL 0,82 CPU 0,45 Cpk 0,45 Lower CL 0,32 Upper CL 0,57 Ov erall Capability Pp 0,65 Lower CL 0,54 Upper CL 0,77 PPL 0,84 PPU 0,46 Ppk 0,46 Lower CL 0,35 Upper CL 0,58 Cpm * Lower CL * Obr. 2

3 Sledovaná dávka byla změřena měřidlem Air Micro s výsledky: Probability Plot of N podskupiny 1 Normal - 95% CI Percent 99, Mean 31,86 StDev 0, N 64 AD 0,395 P-Value 0, ,1 31, , , ,8625 N podskupiny 1 31, ,8675 Obr. 3 Process Capability of N podskupiny 1 (using 95,0% confidence) Process Data LSL 31,857 Target * USL 31,867 Sample Mean 31,8616 Sample N 64 StDev (Within) 0, StDev (Ov erall) 0, Observ ed Perf ormance PPM < LSL 0,00 PPM > USL 0,00 PPM Total 0,00 LSL 31, , ,8600 Exp. Within Perf ormance PPM < LSL 1339,45 PPM > USL 185,30 PPM Total 1524,75 31, , ,8645 Exp. Ov erall Performance PPM < LSL 2194,51 PPM > USL 365,03 PPM Total 2559,54 31,8660 USL Within Overall Potential (Within) Capability Cp 1,09 Lower CL 0,86 Upper CL 1,32 CPL 1,00 CPU 1,19 Cpk 1,00 Lower CL 0,77 Upper CL 1,23 Ov erall Capability Pp 1,04 Lower CL 0,86 Upper CL 1,22 PPL 0,95 PPU 1,13 Ppk 0,95 Lower CL 0,76 Upper CL 1,13 Cpm * Lower CL * Obr. 4 Hodnoty měřené Měřidlem Air Micro vykazují normální rozdělení a koeficienty způsobilosti a výkonnosti jsou výrazně lepší.

4 Při hledání příčin rozdílů v uváděných výsledcích bylo rozhodnuto proměřit další geometrické charakteristiky sledovaných součástí tj. pístků. Geometrické charakteristiky strojních součástí jsou: - rozměry s jejich tolerancemi, - úchylky tvaru a polohy, - struktura povrchu. Na pístcích byla měřena jejich kruhovitost a vlnitost povrchu ve směru osy pístku. Pro měření kruhovitosti byl použit kruhoměr Taylor Hobson Talyrond 30 s nastavením podmínek: referenční kružnice MCC, filtrace 1 15 upr (1 15 vln na obvod). Vlnitost byla měřena na dotykovém profiloměru Talysurf 6 firmy Taylor Hobson za podminek: základní délka 2,5 mm, vyhodnocovaná délka 12,5 mm. Obr. 5

5 Nastavené podmínky zahrnují do vyhodnocení v obou případech spíše nerovnosti s větší vlnovou délkou. Uvedené průběhy úchylek (obr. 5,6,7) ukazují, že další geometrické charakteristiky (úchylka kruhovitosti a vlnitost povrchu) mohou ovlivnit výsledky měření rozměrů i když vyhovují zadané specifikaci s rezervou. Obr. 6 Pozn.: úchylka kruhovitosti je P-V (peak to valey) Místa měření byla náhodně vybrána, hodnoty úchylek kruhovitosti jsou velmi podobné, liší se průběh profilu resp. jejich tvar. Podobně průběhy vlnitosti opět na dvou náhodně vybraných místech.(obr. 7)

6 Obr. 7 Stejně byla analyzovány pístky povlakované vrstvou teflonu (po vytvrzení a osoustružení vrstvy) tedy pístky s povrchem, se kterým půjdou na konečnou montáž. Pro měření byla použita stejná měřidla a nastaveny stejné podmínky. Dále jsou uvedeny pouze grafické výstupy. Obr. 8 a 9 ukazuje rozdělení hodnot průměru naměřených měřidlem TESA, obr. 10,11 rozdělení hodnot naměřených měřidlem Air Micro. Probability Plot of podskupiny 3 Normal - 95% CI Percent 99, Mean 31,98 StDev 0, N 64 AD 3,319 P-Value <0, ,1 31,973 31,974 31,975 31,976 31,977 31,978 podskupiny 3 31,979 31,980 31,981 Obr. 8

7 Process Capability of podskupiny 3 (using 95,0% confidence) Process Data LSL 31,974 Target * USL 31,982 Sample Mean 31,9769 Sample N 64 StDev (Within) 0, StDev (Ov erall) 0, Observ ed Perf ormance PPM < LSL 0,00 PPM > USL 0,00 PPM Total 0,00 LSL 31,974 31,976 Exp. Within Perf ormance PPM < LSL 273,95 PPM > USL 0,00 PPM Total 273,95 31,978 Exp. Ov erall Perf ormance PPM < LSL 1815,23 PPM > USL 0,27 PPM Total 1815,49 Obr. 9 31,980 USL 31,982 Within Overall Potential (Within) Capability Cp 1,57 Lower CL 1,24 Upper CL 1,90 CPL 1,15 CPU 1,99 Cpk 1,15 Lower CL 0,90 Upper CL 1,41 Ov erall Capability Pp Lower CL Upper CL PPL PPU Ppk Lower CL Upper CL Cpm Lower CL 1,32 1,09 1,55 0,97 1,67 0,97 0,78 1,16 * * Obr. 10

8 Probability Plot of N podskupiny 3 Normal - 95% CI Percent 99, Mean 31,98 StDev 0, N 64 AD 0,420 P-Value 0, ,1 31,977 31,978 31,979 31,980 31,981 31,982 31,983 N podskupiny 3 31,984 31,985 31,986 Obr. 11 Obr. 12,13 ukazuje průběh kruhovitosti na dvou náhodně vybraných místech, obr. 14 průběhy vlnitosti na dvou opět náhodně vybraných místech povrchu. Obr. 12

9 Obr. 13 Výsledky vyhodnocení ukazují podobné rozdíly a nesrovnalosti jako u nepovlakovaných pístků, u hodnot naměřených měřidlem Air Micro je výrazný posun hodnot k horní hranici specifikace. Obr. 14

10 Závěr Pro vysvětlení nesrovnalostí je nutné vzít v úvahu: - různou rozlišovací schopnost použitých měřidel (0,001/0,0001 mm), - různý tvar a velikost měřicích dotyků (TESA ploché dotyky o velikosti ~ 12 mm, Air Micro průměry trysek < 1 mm, - různé velikosti úchylek kruhovitosti a různé tvary profilů v různých místech měřených pístků, - různé hloubky vln a průběhy vlnitosti na různých místech povrchu. Při náhodném působení výše uvedených faktorů může dojít k rozdílům ve vyhodnocovaných parametrech. Uvedený příspěvek si neklade za cíl vysvětlit vliv uvedených faktorů. To by vyžadovalo velmi důkladnou a pracnou metrologickou a statistickou analýzu, vyžadující větší počet měřených součástí. Autor chce pouze upozornit na nutnost znalosti geometrických charakteristik hodnocených součástí a tomu je potom nutno přizpůsobit metodiku měření (např. měřit ve stejném místě nebo ve stejné poloze, volba měřicích dotyků, rozlišovací schopnost apod.). Tyto požadavky je možné zevšeobecnit a jejich význam roste s nároky na přesnost hodnocených součástí. Ne vždy stačí pouhé formální splnění požadavků na opakovatelnost měřidla a reprodukovatelnost operátorů. Literatura: [1] Smejkal, T.: Analýza procesu výroby pístků v podniku Valeo Compressor Europe s. r. o. Diplomová práce FS ČVUT v Praze 2006 [2] Filip, J.: Analýza procesu povlakování pístů v podniku Valeo Compressor Europe s. r. o. Diplomová práce FS ČVUT v Praze 2006 Adresa autora: Ing. Václav Chmelík, CSc., České vysoké učení technické v Praze, fakulta strojní, Ústav strojírenské technologie, Technická 4, Praha 6. vaclav.chmelik@fs.cvut.cz Tato práce byla vytvořena za podpory projektu MŠMT 1M CQR