Московский государственный институт электроники и математики

(технический университет)

На правах рукописи

КОДЕНЦЕВ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ПРИ СТАТИСТИЧЕСКОМ УПРАВЛЕНИИ КАЧЕСТВОМ

ПРОЦЕССОВ В ПОЛИГРАФИИ

Специальность 05.11.15 - Метрология и метрологическое обеспечение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2010

Работа выполнена в Московском Государственном институте Электроники и Математики

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Скачко Юрий Валентинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Володина Надежда Алексеевна кандидат технических наук, доцент Поляк Леонид Моисеевич

Ведущая организация:

Московская печатная фабрика – филиал ФГУП «Гознак»

Защита состоится “19” октября 2010 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д212.133.05 при Московском государственном институте электроники и математики (техническом университете) Адрес института: 109028, г. Москва, Б. Трехсвятительский пер. 3, МИЭМ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭМ

Автореферат разослан “_” 2010 г.

Ученый секретарь:

Чернов А.А.

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В данной работе в качестве ключевой отрасли производства определена полиграфия, применительно к которой было принято решение об исследовании и реализации методов и средств метрологического обеспечения при статистическом управлении качеством процессов.

В полиграфии путь от идеи – до отпечатка проходит через реализацию следующих, укрупненных, стадий:

- реализация идеи дизайнером;

- изготовление печатных форм;

- подготовка к печати;

- печатный и послепечатные процессы.

Как и в любом другом современном производстве в полиграфии контрольно-измерительные операции являются неотъемлемой составляющей жизненного цикла изготовления продукции, применять средств измерения (СИ), чтобы сохранить спецификацию от стадии идеи, и увидеть правильный отпечаток. В настоящее время на рынке представлена широкая гамма СИ, позволяющих обеспечить тотальный контроль качества всего полиграфического процесса. Эти СИ можно разделить по назначению на:

- СИ для контроля цвета;

- СИ для контроля качества правильно расположения оттиска на запечатываемой поверхности (приводки).

Методологии и подходы качеству со временем изменялись, так например с 50-х годов прошлого века по настоящий период японская промышленность преодолела 4 этапа, от стопроцентного контроля и признания изделия, попавшего в допуск годным, статистического управления процессами, позволяющих добиться уровня дефектности = 9 ppm (9 потенциальных дефектов на 1 миллион, произведенной продукции).

Но, не смотря на то, что в XXI в. практика доказала, что:

- предупреждение дефектов намного экономичнее и эффективнее отбраковки дефектной продукции;

- подход, основанный на соблюдении допусков, бесперспективен;

- вместо того чтобы устанавливать «приемлемый» уровень дефектности, необходимо браться за непрерывное совершенствование процессов, ориентируясь не на границы допуска, а на номинал и постоянное сужение зоны случайных вариаций 99,5% российских предприятий, в независимость от принадлежности к той или иной отрасли, невзирая на мировой опыт, продолжают применять подход к качеству основанный на соблюдении допусков, от которого еще в далекие 60тые года отказалась японская промышленность, а в 70-тые годы Америка страны Европы. Т.е. с «Демидовских времен» собственно и ничего и не изменилось.

Концепция изменчивости (вариабельности) У. Шухарта, развитая позднее Э. Демингом и Г. Тагути является базисом современного подхода к качеству получившего название – методология статистического управления процессами (Statistical Process Control). Мировая практика указывает на то, что применение статистического управления процессами обеспечивает технологическую точность современного серийного производства любой продукции с минимальными затратами. Упор, сделанные в стандартах ISO серии 9000 на измерения, где основной фокус сосредоточен на процессе и необходимости проведения улучшений в области качества, демонстрирует важность использования статистического управления процессами, тем самым подталкивая Российские предприятия на путь его применению.

В связи с тем, что использование статистических методов управления процессами, подразумевает применение современных информационных технологий и математического аппарата, то наиболее продуктивным и эффективным направлением развития современной измерительной техники является ее интеллектуализация.

Обзор применяемых методов и средств метрологического обеспечения, методов статистического управления процессами в отечественной полиграфии, указывает на низкий уровень проработки данного вопроса, по сравнению со странами Европы, Японии, США.

Таким образом, представляется актуальным:

- исследование проблематики совместного применения СИ для контроля качества полиграфической продукции и инструментов статистического управления процессами в условиях современных достижений в области информационных технологий;

- изучение вопроса мониторинга технологического процесса (ТП) в полиграфическом производстве;

- осуществление измерения геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спектре, с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процессами;

- разработка высокоточного, экономически эффективного и высокоавтоматизированного СИ на базе оптико-механического устройства для реализации выборочного контроля полиграфической продукции;

- разработка инструмента мониторинга и измерения параметров состояния статистической управляемости процесса адаптированного к потребностям полиграфического производства.

Цель работы: повысить эффективность полиграфического производства за счет увеличения доли выпуска продукции свободной от дефектов, посредствам разработки измерительной системы, обладающей высоким качеством (точности и быстродействия) измерений, осуществляющей контроль геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спектре, с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процесса. Высокое качество измерений добивается посредством применения современных средств информационных технологий для совершенствования метрологических характеристик на принципах интеллектуализации как высшего уровня автоматизации процессов измерений.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработка измерительной системы, обладающей требуемой точностью и быстродействием, удовлетворяющей современному уровню автоматизации, связанного с использованием персональных компьютеров и передовых достижений в области разработки математического и программного обеспечения (ПО), осуществляющей контроль геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спектре с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процесса, позволяющей увеличить долю выпускаемой печатной продукции свободной от дефектов;

2. Исследование и выбор оптимальных показателей получения растрового изображения, обеспечивающего достоверную оценку управляемости процесса;

3. Экспериментальное исследование метрологических характеристик измерительной системы на базе оптико-механического устройства, для контроля статистической управляемости процесса печати согласно нормативным требованиям ГОСТ 8.009-84;

4. Исследование передового зарубежного опыта по применению инструментов статистического управления процессами для оценки статической стабильности технологического процесса (ТП) и адаптация и внедрение этого опыта в отечественной полиграфической отрасли производства;

5. На основании исследований передового зарубежного опыта по применению инструментов статистического управления процессами для оценки статической стабильности ТП разработка методики выполнения измерений и анализа полученной информации о стабильности протекания процесса печати;

6. Разработка программного обеспечения, включающего группу инструментов статистического управления процессами, необходимых для анализа и мониторинга стабильности протекания ТП.

Научная новизна работы:

1. Впервые теоретически и экспериментально обоснована возможность применения оптико-механического устройства в качестве средства измерения и мониторинга качества печати листов-оттисков, соответствующего современному уровню информационных технологий.

2. На основании, проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана новая методика оценки статистической управляемости процесса печати для оперативной и защищенной полиграфии (АРМ Контролера), позволяющая повысить показатели результативности процесса печати.

3. Теоретически и экспериментально исследовано влияние на результаты измерений:

- оптического разрешения;

- яркости, контрастности и полутонов растровой подосновы;

- месторасположения измеряемого объекта на рабочей поверхности оптико-механического устройства;

- особенностей работы САПР с растровыми файлами.

4. Произведены экспериментальные исследования метрологических характеристики АРМ Контролера, подтверждающие, что средство измерения может использоваться, как инструмент контроля для непрерывного повышения качества.

5. В результате произведенных исследований впервые применительно к полиграфии были определены оптимальные соотношения вышеупомянутых параметров (см. пункт 3), позволившие увеличить точность измерений, и, как следствие, точность получаемых оценок.

Практическая ценность работы:

1. На основании, проведенных исследований передового зарубежного опыта по применению методологии статистического управления процессами для оценки статической стабильности ТП разработан алгоритм анализа и мониторинга информации о статистической управляемости процесса печати с одной стороны листа-оттиска (АРМ Контролера), позволяющий повысить эффективность полиграфического производства, за счет увеличения доли печатной продукции свободной от дефектов.

2. Разработанный АРМ Контролера обеспечивает:

- оперативное обнаружение отклонений в печати листов-оттисков;

- предоставление печатнику и контролеру информации о ходе протекания ТП;

- предоставление менеджерам процессов объективной и актуальной информации о значимых аспектах реализации ТП со всех его операций, что позволяет в случаи ухудшения показателей вариабельности процесса, принять меры, направленные на приводнение его в стабильное состояние;

- повышение объективности в оценке качества продукции;

- снижение роли человеческого фактора при выявлении отклонений в ходе ТП;

- получение оценки управляемости действующего ТП;

- в случае управляемости процесса – получение оценки его воспроизводимости;

- в случае статистически неуправляемого процесса, осуществления проведения корректирующего воздействия и проверку эффективности предпринятых мер;

- получить оценку возможности процесса в период его запуска, то есть определить способность его удовлетворять техническим требованиям.

3. Достигнуто повышение эффективности производства и, как следствие, снижение экономических за счет использования статистических методов.

4. Достигнуто повышение качества измерений линейно-угловых размеров:

- снижение неопределенности измерений;

- снижение времени измерения (применение ПЭВМ минимизирует время выполнения трудоемких операций анализа сигнала измерительной информации).

5. За счет операций автоматической регистрации и статистического анализа результатов мониторинга и контроля достигнуто повышение производительности процесса контроля качества полиграфической продукции.

6. Доказано снижение утомляемости оператора и вероятности внесения субъективной погрешности.

7. Научные результаты внедрены в производство на Московской печатной фабрике – филиале ФГУП «Гознак», являющемся лидером среди полиграфических предприятий России.

На защиту выносятся:

- АРМ Контролера – методика выполнения измерений геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спектре с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процессами;

- Результаты теоретических и экспериментальных исследований метрологических характеристик АРМ Контролера;

- Теоретические и экспериментальные исследования влияния оптического разрешения, яркости, контрастности и полутонов растровой подосновы, месторасположения измеряемого объекта на рабочей поверхности оптикомеханического устройства на качество производимых измерений;

- Алгоритм анализа и мониторинга информации о статистической управляемости процесса печати, обладающего всеми необходимыми инструментами статистического управления процессами.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

Научно-технические конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ (2007, 2008, 2009 г.);

10-я, 11-я, 12-я Международная Конференция «Цифровая Обработка сигналов и ее применение» (2008 и 2009 г.). Доклад 10-й Международной Конференции удостоен награды (диплома) за лучший доклад.

Диссертация заслушана и одобрена на заседании кафедры «Метрология и Сертификация» МИЭМ (30.05.2008). Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры и используются при лабораторном практикуме по дисциплинам «Автоматизация измерений и контроля» и «Статистические методы в управлении качеством».

Публикации: Основные результаты работы прошли рецензирование и опубликованы в 3-х журналах включенных в Перечень ведущих рецензируемых изданий ВАК, публикующих основные результаты докторских и кандидатских диссертаций и 9 тезисах докладов.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы из 69-ти наименований.

Общий объём работы 176 страницы, 101 рисунка, 28 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

сформулированы цели и задачи исследования, указана научная новизна и практическая значимость работы, предполагаемый круг пользователей результатов исследований, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены:

- современные тенденции в контроле качества процессов печати (виды печати – высока, глубокая, плоская печать), осуществляемого с целью увеличения доли выпускаемой продукции, свободной от дефектов;

- методы и средства измерений, используемые при контроле качества печати в полиграфии, в частности – методы и средства измерений, используемые при контроле цвета и методы и средства измерений, используемые для контроля линейно-угловых параметров характеризующих правильное положение оттиска на бумаге;

- цифровые устройства в метрологическом обеспечении;

- методология статистического управления процессами (Statistical Process Control), как инструмент обеспечения технологической точности современного серийного производства любой продукции с минимальными затратами;

- инструменты статистического контроля качества и статистического управления процессами;

- математические пакеты статистической обработки данных мониторинга и анализа процесса.

Проанализировав нормативные источники, а так же опыт ведущих зарубежных предприятий было установлено, что эффективность производства обеспечивает конкурентоспособность, позволяет получать большую отдачу от используемых ресурсов либо при меньшем их расходовании сохранять прежний объем высококачественной продукции. Повысить эффективность производства возможно посредствам применения инструментов статистического управления процессами, регламентируемыми нормативными положениями ГОСТ Р 51814.3нормативными положениями ГОСТ Р серии 50779, а также ISO/TR 10017:

1999.

В ходе анализа метрологического обеспечения при статистическом управлении процессами в полиграфии было установлено следующее:

- СИ, используемые при контроле качества цвета печати, соответствуют и адаптированы к применению совместно с инструментарием статистического управления процессами.

- при менеджменте ТП защищенной полиграфии, используя в качестве основного критерия эффективность, применение штриховых мер длинны (линейка измерительная металлическая ГОСТ 427-75, линейка оптическая), приборов оптического увеличения (лупа ЛИ-3 10 мм 10-ти кратная со шкалой, лупа ЛГ-10*25мм со шкалой и подсветкой) при статистическом управлении процессом, является необоснованным решением, которое требует исправления, за счет научной проработки данного вопроса.

Во второй главе рассмотрены методы аналого-цифрового преобразования сигналов, основы цифрового представления сигналов, универсальные индексы качества изображения, Вейвлет – преобразование и его особенности, построение и оценка ГХ, нормирование метрологических характеристик цифровых СИ, случайные величины и их распределение.

характеристик (МХ), правила выбора комплексов нормируемых MX (HMX) для конкретных типов средств измерений и способы нормирования MX в нормативно-технических документах (НТД) на средства измерений.

Метрологическое обеспечение АРМ Контролера взаимосвязано с его конструктивными, эксплуатационными МХ. Так как характер появления и причины возникновения погрешностей, как АРМ Контролера, так и результатов измерений весьма разнообразны, то было принято решение определить значение случайной и систематической составляющей погрешности.

В третьей главе изложены результаты реализации АРМ Контролера, результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследования, нацеленные на определение оптимальных параметров сканирования, обеспечивающих корректную работу АРМ Контролера. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований метрологических характеристик АРМ Контролера. Систематизированы и приведены, выявленные в ходе экспериментов особенности работы САПР AutoCAD с растровыми файлами, сформулирован ряд правил, позволяющих повысить эффективность работы АРМ Контролера. Приведены результаты расчета индекса воспроизводимости с учетом центрирования процесса Срк.

В рабате важным представлялось определить, какое влияние оказывают параметры оптического разрешения сканера на качество производимых измерений. Для этого был произведен эксперимент, согласно которому, измерялись линейные параметры растровой подосновы поверхности концевой меры, полученной при разных показателях оптического разрешения сканера.

Произведенный анализ, полученных экспериментальных результатов, зависимости двух переменных значения и оптическим разрешением сканера указывает на то, что с увеличением оптического разрешения сканера, имеет место быть линейная тенденция снижения со значением степени тесноты зависимости этих двух переменных – r= -0,96299.

Рис. 1 Зависимости СКО измерений линейного размера в мм от различного оптического разрешения и числа наблюдений n Как видно из рис. 1 экспериментальные значения, полученные при оптическом разрешении сканера в 1000 и 1200 dpi, практически идентичны для равного числа наблюдений n. Таким образом, экспериментально установлено, что измерения следует производить при значении оптического разрешения = 1000 dpi.

Продолжая тему влияния настроек режимов оптико-механического устройства на величину измерений, по средствам экспериментальных исследований, заключающихся в измерении линейных параметров растровой подосновы поверхности концевой меры, полученных при разных настройках яркости, контрастности и полутонов растровой подосновы в работе изложены следующие результаты:

- при настройках яркости в приделах [+25; +40], значение случайной погрешности находится на низком уровне, соответственно можно сделать вывод – для того, чтобы снизить случайную составляющую погрешности измерений необходимо увеличивать яркость изображения.

- максимальное значение случайной погрешности измерений соответствует, стандартному, нулевому значению контрастности, в то время как при нахождении контрастности в приделах [-40; -25], +40 значение случайной погрешности находится на низком уровне, соответственно можно сделать вывод – для того, чтобы снизить случайную составляющую погрешности измерений необходимо устанавливать контраст растровой подосновы в пределах [-40; U(+25; +40].

- максимальное значение случайной погрешности измерений соответствует, стандартному, нулевому значению средних тонов, в то время, как при нахождении средних тонов в приделах [-40;-25]U[+25;+40] значение случайной погрешности находится на низком уровне, соответственно можно сделать вывод – для того, чтобы снизить случайную составляющую погрешности измерений необходимо устанавливать средние тона растровой подосновы в пределах [-40; -25]U[+25; +40].

В ходе экспериментов был выявлен рад факторов, негативно влияющих на качество производимых измерений, одним, из которых является невозможность измерения объемного объекта в плоскости, параллельной движению лампы сканера, по причине образования тени в верхней части сканируемого объекта см.

рис 2. Длинна тени пропорциональна высоте измеряемого объекта.

Рис 2. Тень, образующаяся при сканировании объемных объектов Исследования данного факта позволило сформулировать ряд рекомендации, согласно которым:

- целесообразней всего измерять плоские объекты;

- при измерении, объемный объект следует располагать перпендикулярно движению лампы сканера см. Рис.3.

Рис. 3 Расположение измеряемого объекта на рабочей поверхности сканера Номинальная статическая характеристика Контролера», связывающая значение измеряемой (преобразуемой) входной величины x и выходной сигнал y Согласно введенного в действие с 1 января 1974 года в действие ГОСТ 8.011 – 72, устанавливающего, что при сообщении размера погрешности результатов измерения целесообразно указывать вид распределения были проведены теоретические и экспериментальные исследования, нацеленные на определение формы распределения экспериментальных данных.

В соответствии с положениями, изложенными в труде Новицкого П.В., Зографа И.А., «Оценка погрешностей результатов измерений», работа по идентификации формы закона распределения случайной погрешности экспериментальных данных проводилась в несколько этапов.

На первом этапе были проведены исследования направленные на определения оптимального числа группирования экспериментальных данных.

Взяв во внимание тот факт, что для распределения погрешности одним из практических признака приближения к оптимуму, может служить отсутствие провалов в гистограмме, при котором она сохраняет плавный характер, была построена гистограмма, используя формулу Старджеса для расчета оптимального числа интервалов m рис. 4.

Рис. 4 Гистограмма с числом интервалов рассчитанных по формуле Старджеса Как видно из рисунка гистограмма имеет слабое отличие от кривой нормального закона распределения, поэтому был сделан вывод, о том, что генеральная совокупность распределена, именно по этому виду закона.

Для оценки доверительного интервала, в котором находится значение СКО, было использовано распределение Стьюдента.

равенства Доверительный интервал:

Полученное равенство означает, что с вероятностью a=1 – q истинное значение среднеквадратического отклонения результатов наблюдений лежит в интервале ( ), границы которого равны Результаты расчета интервала, в котором находится истинное значение при вероятности Рд =0,95 приведены в Табл. 1.

Xср 0,999732 0,05, 569 504, 0,001252 0,95, 569 636, Исходя из полученных расчетов с вероятностью Р=0,95, можно утверждать, о том что истинное значение результатов наблюдений лежит в интервале 0,01183 – 0,01329 мм (11.83-13.29 мкм).

Используя требования нормативных положений ГОСТ 8.207 – 76 (раздел 3) были найдены доверительные границы (без учета знака) случайной погрешности результата измерения, выбрав коэффициент доверия t, для уровня надежности 0.99% по формуле:

рассчитываемого по формуле:

– выборочная средняя (среднее арифметическое исправленных результатов наблюдений);

n – число результатов наблюдений.

Оценивая погрешность результата, полученного при статистической обработке многократных отсчетов, нельзя забывать о том, что при усреднении уменьшается в лишь случайная составляющая погрешности (ширина разброса случайной составляющей погрешности), в то время как систематическая погрешность остается без изменения. Поэтому если n достаточно велико, и результаты погрешности усредненного результат определяются, по существу, только его систематической погрешностью.

Значение систематической погрешности, рассчитанное по формуле Результаты аналитической работы указывают на то, что данная погрешность принадлежит к классу инструментальных погрешностей, и вызвана неизбежностью ошибки при выборе точек пересечения крестов, поскольку полученные растровые изображения поверхности листа-оттиска (или растровая подоснова) не могут использоваться для работы с объектными привязками AutoCAD.

Нормативные положения ГОСТ 8.207-76 (раздел 5), устанавливают, что если 0,8, то следует пренебречь случайной составляющей погрешности и учитывать только систематическую погрешность в виде =.

Подставив расчетные значения в неравенство определим границы погрешности результата измерения.

= 0,223 < 0,8 неисключенной систематической погрешностью по сравнению со случайными погрешностями следует пренебречь и принять, что граница погрешности результата = 0,99 = 34,3 мкм.

Рассчитанный, предел допускаемой вариации составляет 0,00046 мм.

Пределом допускаемой вариации следует пренебречь.

Рассчитанное по формуле (11) значение абсолютной погрешности:

составило =10,00304-10,00014=0,0029 мм= 2,9 мкм.

Точность АРМ «Контролер» по средствам расчета относительной погрешности, т.е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности () к действительному значению измеряемой или воспроизводимой данным средством измерений величины:

Одним из предметов исследования стал вопрос определения меры зависимости значения случайной составляющей погрешности от расположения контролируемого объекта в различных областях рабочей поверхности сканера. С целью определения наличия этой зависимости, был проведен эксперимент, выявивший определенную зону рабочей поверхности сканера, с наименьшим значением случайной погрешности.

Суть эксперимента заключалась в измерении линейно-угловых параметров концевой меры в разных областях рабочей поверхности сканера при оптическом разрешении сканера =1000 dpi. Мера перемещалась в плоскости перпендикулярной движению лампы сканера (нижний и верхний край рабочей поверхности) и параллельной движению лампы сканера плоскости (средина рабочей поверхности) (см. рис. 5). Для более полного исследования рабочего пространства сканера измерения производились с шагом 10 мм (номинальный размер концевой меры, используемой в эксперименте).

Рис. 5 Графическое представление алгоритма проведения эксперимента Результаты экспериментов приведены на рис. 7-8.

Рис. 6 Диаграмма разброса (зависимость значения случайной оставляющей погрешности от перемещения меры параллельно движению лампы сканера) Рис. 7 Диаграмма разброса (зависимость значения случайной оставляющей погрешности от перемещения меры параллельно движению лампы сканера) Используя оценки наличия связи (тесноты и направления связи) между рассматриваемыми перемеренными был проведен корреляционный анализ.

Коэффициенты корреляции, рассчитанные по формуле:

rxy для перемещения меры параллельно движению лампы сканера = Использую таблицу Чеддока, тесноту связи следует отнести к умеренной (т.к. значения укладываются в интервал -0,3 – -0,5), имеющий обратный характер.

rxy для перемещения меры параллельно движению лампы сканера = 0,1317189. Использую таблицу Чеддока, тесноту связи следует отнести к слабой (т.к. все значения укладываются в интервал 0 – 0,2), не имеющий ярко выраженного прямого характера.

По результатам данного исследования, был сделан вывод, об отсутствии значительного влияния расположения измеряемого объекта на значения случайной погрешности.

Результаты исследований, позволяют сформулировать рекомендации, в общем виде сводящиеся к тому, что объект измерения, следует располагать в центральной части рабочей поверхности сканера.

С целью установления фактической возможности АРМ «Контролера»

соответствовать установленным требованиям и требованиям заказчика был произведен расчет значения индекса воспроизводимости процесса Ср.

На сегодняшний день в защищенной полиграфии допуска по приводке, варьируются в приделах: по горизонтали ±1,5 мм; по вертикали ±1 мм. Следует отметить, что для оперативной полиграфии данные допуска могут превышаться двоекратно, а то и троектатно, по сравнению с защищенной полиграфией.

При расчете индекса Ср, будет использоваться, значение ширины поля допуска =, равное 2 мм, таким образом, уменьшим допуск, следствием чего станет имитация ужесточения требования заказчика.

Рассчитаем индекс воспроизводимости процесса используя формулу:

Табл. 2 Соотношение значения индекса Ср и соответствующего ему минимального уровня несоответствий, выраженного в ppm Минимальный уровень несоответствий, ppm Как видно из сопоставления рассчитанного индекса и табличных данных, система, применительно к защищенной полиграфии, обеспечивает, непревзойденную надежность, оценки хода протекания ТП.

На рис. 8 в виде столбчатой диаграммы приведена зависимость значения индекса воспроизводимости процесса без учета настроенности процесса на центр поля допуска.

Рис. 8 График зависимости индекса воспроизводимости процесса от ширины поля допуска Используя данные приведенные в табл. 2, рассчитаем ширину поля допуска, соответствующего минимальному уровню несоответствий равного 1, Таким образом, даже если требования заказчика будут ужесточены в раз, АРМ контролера будет способен качественно исполнять свое предназначение.

Так же был проведен ряд аналитических работ, по определению влияния АРМ «Контролера» на достоверность производимых измерений (см. рис 9).

Известно, что уровень несоответствий, т.е. доля продукции с показателем качества вне допуска, сильно зависит от параметров µ и.

При смещении центра настройки ТП (µ) от центра поля допуска, в данном случае по причине влияния СИ, уровень несоответствий (суммарная доля заниженных и завышенных значений) возрастает.

Рис.9 – Диаграмма влияния АРМ Контролера на достоверность производимых измерений С вероятностью Р=0,95, что 0,00000168% результатов всех измерений, ошибочно (по вине АРМ контролера), будет отнесено к достоверным.

Четвёртая глава посвящена вопросам создания и исследования информационно – измерительной системы для бесконтактных измерений АРМ «Контролера» – осуществляющей контроль геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спектре, с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процессами.

Вопрос использования оптико-механического устройства для измерения линейно-угловых размеров впервые был поднят студентами кафедры Метрологии и сертификации Московского государственного института электроники и математики. Скачко Н.Ю., Дектеревым Е.А., Чугоновой И.М.

Этими людьми велась работа по ителектуализации процесса линейно-угловых измерений, замене большого инструментального микроскопа средствами измерений, отвечающих современным информационным технологиям.

Данная диссертационная работа является логическим продолжением, предпринятым ранее действиям, с ответвлением в сторону практической значимости для контроля качества полиграфических процессов производства.

Практическим результатом проведенных исследований является разработанное автоматизированное рабочее место контролера (АРМ «Контролера»).

Реализация АРМ «Контролера» (рис. 10) это есть решение двух принципиальных задач, призванных удовлетворить потребности потребителя:

- предоставление промышленности, СИ, способного заменить применяемые в настоящее время, для мониторинга и контроля линейно-угловых параметров продукции СИ, превосходящее их по уровню автоматизации, по точности и диапазону измерений;

- создание «информационного инструмента», обладающего всеми необходимыми инструментами статистического управления процессами (Statistical Process Control – SPC) (собранными и систематизированными в нормативных положениях ГОСТ Р 51814.3-2001, нормативных положениях ГОСТ Р серии 50779, а также ISO/TR 10017: 1999).

Для реализации АРМ Контролера необходимо Назначение АРМ Контролера:

- оценка показателей качества ТП и определения потерь качества, которые по мере отклонения текущих значений параметра от номинального увеличиваются, в том числе и в пределах допуска;

- оперативное обнаружение отклонений в печати листов-оттисков;

- предоставление печатнику и контролеру информации о ходе протекания ТП;

- повышения объективности в оценке качества продукции;

- снижение роли человеческого фактора при выявлении отклонений в ходе ТП;

- оценка управляемости действующего ТП;

- в случае управляемости процесса – оценка его воспроизводимости;

- в случае статистически неуправляемого процесса, осуществление проведения корректирующего воздействия и проверка эффективности предпринятых мер;

- оценка возможности процесса в период его запуска, то есть способности удовлетворять техническим требованиям.

Основная область применения:

- выборочный контроль полиграфической продукции.

- мониторинг ТП в полиграфическом производстве.

Измерительная система для бесконтактного контроля линейно-угловых размеров АРМ «Контролера» является электронным оптико-механическим устройством, состоящей из ПК, отвечающего за получение и расчет значений измеряемого параметра, и оптико-механического устройства (планшетного сканера), поучающего растровый рисунок поверхности контролируемого объекта.

На ПК установлено ПО AutoCAD (либо иная САПР), применяемое для определения линейно-угловых размеров измеряемого объекта, и Microsoft Excel, отвечающее за коррекцию систематической погрешности, и обработку полученной информации инструментами статистического управления процессами.

В общем виде алгоритм работы системы представлен на рис. 11.

Рис. 11 Общий вид алгоритма работы АРМ Контролера Когда изображение импортировано в AutoCAD, экранное увеличение изображения настраивается таким образом, чтобы обеспечить наибольшую точность при визуальном прицеливании и выборе точек пересечений крестов.

Используя команды, активизирующие линейное и угловое измерения, осуществляется вычисление линейно-угловых параметров контролируемого объекта (для выполнения измерения указываются крайние точки объекта).

Пример получения линейных размеров элементов купюры достоинством руб. приведен на рис. 12.

Рис. 12 Пример получения линейных размеров элементов купюры АРМ «Контролера» позволяет осуществлять также и допусковый контроль. Посредствам шаблона, выделяющего контролируемый объект и представляющего собой поля допуска заданной величины, становится возможным получение информации о соответствии контролируемого параметра или самого изделия установленным требованиям. На рис.13 приведен пример контроля качества расположения защитной металлической защитной нити банкноты номиналом в 1000 руб. Контролируемая область, заключена в границы, размеры которых соответствуют размерам, указанным в технических условиях на производство данного изделия.

Рис. 13 Пример контроля качества расположения защитной металлической Для обеспечения и поддержания процессов на приемлемом и стабильном уровне, гарантируя при этом соответствие продукции установленным требованиям, в Microsoft Excel были реализована следующая группа инструментов статистического управления процессами, соответствующие требованиям, изложенным в ГОСТ Р 51814.3-2001, нормативных положениях ГОСТ Р серии 50779, а также ISO/TR 10017: 1999: контрольные карты Шухарта (ККШ): контрольные карты по количественным признакам - X R ; X ; R; X S ;

S; Х – mR; X; mR; контрольные карты по качественным признакам - р; pn; с; u;

кривая нормального распределения, с возможностью вывода доверительных границ, середины допуска, математического ожидания, с расчетом доли соответствующей и несоответствующей продукции; индексы воспроизводимости процесса (пример отчета рис. 14); индексы стабильности процесса; графики; расчет ppm; гистограммы; дисперсионный анализ;

описательная статистика; корреляционный анализ; диаграмма Парето; анализ данных.

Рис. 14 Форма отчета по критерию чувствительный к положению среднего Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры «Метрология и сертификация» и используются при лабораторном практикуме по дисциплинам «Автоматизация измерений и контроля» и «Статистические методы в управлении качеством».

Научные результаты внедрены в производство на Московской печатной фабрике – филиале ФГУП «Гознак», АРМ «Контролера» применяется в контрольных операциях при изготовлении ценных бумаг, для мониторинга качества офсетной и металлографской. Акт о внедрении от 29.05.2009.

Внедрение и применение АРМ Контролера на Московской печатной фабрике Гознака показало, что:

- внедрение и адаптация происходит органически с минимальным потреблением временных ресурсов;

- необходимо минимальное вводное обучение операторов;

- возрастает производительность из-за снижения трудоемкости контрольных операций;

- снизился субъективный воздействующий фактор (значение субъективной погрешности возникающей в ходе измерений ниже, нежели при использовании ручных средств измерения и микроскопов);

- повысилась точность контрольных операций (благодаря утилите, частично автоматизирующей контрольную операцию);

- снизились затраты вызванные производством несоответствующей продукции.

В заключении приводятся выводы и основные результаты работы.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведены теоретические и экспериментальные исследования, позволившие разработать новую методику оценки статистической управляемости процесса печати с одной стороны листа-оттиска для оперативной и защищенной полиграфии (АРМ Контролера), которая призвана повысить эффективность полиграфического производства за счет увеличения доли выпуска продукции свободной от дефектов.

2. Проведены испытания на Московской печатной фабрике – филиале ФГУП «Гознак», по результатам которых АРМ Контролера внедрен в производство. АРМ Контролера применяется в контрольных операциях при изготовлении ценных бумаг, для мониторинга качества офсетной и металлографской печати. Акт о внедрении от 29.05.2009.

3. Произведены экспериментальные исследования, метрологических характеристики АРМ «Контролера» (ГОСТ 8.009-84), подтверждающие, что измерительная состоятельна, как инструмент контроля и непрерывного повышения качества.

4. Теоретически и экспериментально исследовано влияние:

- оптического разрешения оптико-механического устройства;

- яркости, контрастности и полутонов растровой подосновы;

- месторасположения измеряемого объекта на рабочей поверхности оптико-механического устройства;

- особенностей работы САПР AutoCAD с растровыми файлами.

на результаты измерений. По результатам данных исследований были определены и сформулированы оптимальные комбинации вышеупомянутых параметров, позволившие увеличить точность осуществляемых измерений.

5. Экспериментально полученные значения Cp=25,08151 и Cpk=25, указывают, что процесс настроен точно на центр и что применительно к защищенной полиграфии, АРМ «Контролера» обеспечивает, непревзойденную надежность, оценки хода протекания ТП.

6. Экспериментально обоснована возможность применения оптикомеханического устройства в составе устройства мониторинга и измерений качества печати листов-оттисков, соответствующего современному уровню информационных технологиям.

7. Разработан и реализован алгоритм анализа и мониторинга информации о статистической управляемости процесса печати, обладающего всеми необходимыми инструментами статистического управления процессами (ГОСТ Р 51814.3-2001, нормативных положениях ГОСТ Р серии 50779, а также ISO/TR 10017: 1999).

8. Экспериментально доказано, повышение объективности в оценке качества продукции, за счет снижения роли человеческого фактора при выявлении отклонений в ходе ТП, снижение утомляемости печатника / контролера и вероятности внесения субъективной погрешности.

9. Результаты работы внедрены в виде курса лабораторных практикумов по курсу «Автоматизация измерений и контроля», «Статистические методы в управлении качеством», проводимых в МИЭМ.

Основное содержание диссертации отражено в печатных работах:

1. Д.А. Коденцев «Оборудование, применяемое для определения подлинности денежных знаков и ценных бумаг» // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов. – М.: МИЭМ, 2007 стр. 366-367.

2. Д.А. Коденцев «Новые информационные технологии в системе контроля качества ценных бумаг» 15-тая Международная студенческая конференция -школа-семинар. Тезисы докладов 2007 стр. 305 – 306.

3. Д.А. Коденцев, Е.Ю. Мамаева «Statistical process cоntrol посредствам измерительной системы на базе сканирующего устройства» // Научнотехническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов. – М.: МИЭМ, 2008 стр. 351-352.

4. Д.А. Коденцев, Н.Ю. Скачко «Статистические методы контроля идентификации на базе сканирующей измерительной системы» Труды 10-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» М:, 2008 – с. 564-567.

5. Д.А. Коденцев «Новые информационные технологии в системе контроля качества ценных бумаг» // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов. – М.:

МИЭМ, 2009 стр. 272-273.

6. Д.А. Коденцев «Информационные технологии в системе контроля качества ценных бумаг» 17-тая Международная студенческая конференция школа-семинар. Тезисы докладов 2009 стр. 220 – 221.

7. Д.А. Коденцев «Измерительная система для контроля линейно-угловых размеров в полиграфии, реализованная на базе сканера» Труды 11-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» М:, 2009 – с. 564-567.

8. Д.А. Коденцев «Измерительная система для контроля линейно-угловых размеров на базе оптико-механического устройства» Журнал Датчики и системы № 7 (122) июль 2009.

9. Д.А. Коденцев «Система для измерения линейно-угловых размеров на базе сканера» Журнал Автоматизация в промышленности № 7 2009.

10. Д.А. Коденцев «Автоматизированное рабочее место контролера, как инструмент непрерывного повышения качества в полиграфии» Журнал для специалистов по качеству КАЧЕСТВО. ИННОВАЦИИ. ОБРАЗОВАНИЕ. № (51) август 2009.

11. Д.А. Коденцев, Н.Ю. Скачко «Исследование измерительной системы для линейно-угловых измерений на базе сканера». Труды 12-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» М:, 2010 – с. 565-567.

12. Д.А. Коденцев, Н.Ю. Скачко «Система для измерения линейноугловых размеров на базе сканера». Труды 12-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» М:, 2010 – с. 573- 575.