A TERMELÉSI FOLYAMAT MINÕSÉGKÉRDÉSEI, VIZSGÁLATOK 2.1 2.5
Minőség-ellenőrzési, minőségszabályozási stratégiák és módszerek a laposacélgyártásban Tárgyszavak: minőségfejlesztés; minőségszabályozás; hengerlés; hengerelt; acélgyártás.
Az utóbbi években több olyan új mérési és ellenőrzési rendszert fejlesztettek ki, amelyek révén biztosított a laposacél-termelésben a félkész- és késztermékek minőségének hiánytalan leírása. Példaként felemlíthető a meleg acélszalag sík voltának mérése, a hideg szalag belső hibáinak ellenőrzése, vagy a szakítószilárdság és az arányossági határ folyamatos vizsgálata. Ugyanakkor a számítástechnikai fejlődés ma már módot nyújt arra, hogy problémamentesen lehessen igen nagy mennyiségű adatot kezelni. Ezzel kapcsolatban felmerül a kérdés, hogy a lapos hengerelt áru gyártásakor a fejlődés egyidejűleg lehetővé teszi-e a minőség-ellenőrzés, ill. a minőségirányítás javítását, továbbá, hogy ebből a szempontból milyen stratégiák jöhetnek szóba. A következők ezekre a kérdésekre kísérelnek meg választ adni. Mindenekelőtt a teljes gyártási folyamat egységes ellenőrzésének feltételeit, ill. a folyamatos minőségirányítás megvalósítását kell tárgyalni. Ez viszont megköveteli, hogy a lapos hengerelt anyag minőségének ellenőrzésekor tekintettel legyünk a teljes gyártási folyamat technológiai körülményeire. Tehát feltétlenül szükség van a technológia valamennyi fokozatán átmenő szemlélet kialakítására. Csakis ezzel érhető el a hideg szalagon a nemfémes zárványokra visszavezethető felületi hibák meghatározása és az ennek elkerüléséhez szükséges rendszabályok bevezetése. Mindenekelőtt – a teljességre való törekvés igénye nélkül – célszerű áttekinteni a laposacél legfontosabb minőségi jellemzőit. Ezek:
– a felület sík volta, vagyis keresztirányú kidomborodás, dudor középen, – belső hibák, – a szalagprofil hibája, – a szalag szélességének eltérései, – felületi hibák, – a szalag vastagságának eltérései, – az anyag tulajdonságainak (vagyis folyáshatár, szakítószilárdság) eltérései, – felületsimaság elégtelen volta, – berezgési nyomok. A geometriai jellemzők (pl. vastagság, szélesség, keresztmetszeti vastagságváltozás, továbbá a felület sík volta) mellett lényegesek a további feldolgozás és a felhasználás szempontjából mérvadó „belső értékek”, többek között a szakítószilárdság, az arányossági határ, vagy a belső hibák. Ezekhez hozzájárulnak a felülettel kapcsolatos minőségjellemzők, a felületsimaság és a felületi hibák. A végtermék, ill. a félkész termék jellegétől függően további minőségjellemzőkre, pl. a horganybevonat vastagságára stb. is tekintettel kell lenni. Néhány ilyen paraméter ma már tökéletesen szabályozható. Ezért a minőség-ellenőrzés, ill. minőségirányítás szempontjából csupán alárendelt szerepet játszanak. Másokat viszont eddig nem sikerült tökéletesen szabályozni, ezért ezekre különös figyelmet kell szentelni. Ide sorolhatók pl. a belső és a felületi hibák. Összefoglalva tehát megállapítható, hogy a laposacél végtermék minőségét komplex, sokrétű paraméterekkel lehet csak leírni.
A minőség teljes leírása A termékminőség teljes leírásának első lépése az egyes minőségmutatók mérése. Mindegyik mutatónak megvan a maga sajátossága. Lehet például egydimenziós, folyamatos (példa erre a vastagság és a felületsimaság), kétdimenziós, folyamatos (példaként megemlíthető a hőmérséklet és a felület sík volta), vagy kétdimenziós, diszkrét (pl. a felületi és belső hibák). A „nyers” mérési adat általában közvetlenül, értelemszerűen fizikai egységgé alakul át. A vastagság, a hőmérséklet stb. esetében ez nem jelent problémát. A felületsimaság és a belső hibák esetén ez már nem annyira egyértelmű, mert eltérő mértékű, különböző hibatípusok fordulhatnak elő, és ezért néhány további közbenső lépésre van szükség. Ezekre a későbbiek még részletesebben kitérnek.
Ilyenkor a következő lépés a tulajdonképpeni minőségjellemző számítása. Amennyiben folyamatos, egydimenziós mérési adatról van szó, számítható pl. a középérték, a négyzetátlagos eltérés, vagy a teljes hosszra vonatkoztatott maximum. Kétdimenziós minőségjellemző esetében ennek a mutatónak a számítása már munkaigényesebb: bizonyos felületi hibák esetében pl. a hibafelületek összegét, más esetben viszont a hibák hosszát kell figyelembe venni. A minőség mértéke tehát a hiba típusától is függ. Ebben az esetben még felvetődik a kérdés, hogyan kell összefoglalni a különböző hibatípusokat. A hiba egyedi értékeléséből kell tehát meghatározni az összesített értékelési mutatót. További feladat még a jó, az átlagos és a rossz minőség elhatárolása egymástól. Az ilyen egyedi mutatók összeállításával lehet eljutni a minőség teljes leírásához. A minőségirányítás keretein belül – meghatározott esetekben – szükség van arra, hogy csak egyes szalagszakaszokat, az úgynevezett szegmenseket vegyük tekintetbe. Ilyenkor természetesen a minőség leírásának ezekre a szegmensekre kell vonatkoznia, vagyis minden szegmensre egy-egy ilyen, erre a feladatra alkalmazott minőségleírásra van szükség. Tehát nyilvánvaló, hogy a megfelelő minőségleírás végső soron a minőségirányítási és -szabályozási felhasználási céltól, ill. az acél alkalmazási területétől függ.
Minőségirányítási szempontok Ha egy megfelelő sávra vagy szegmensre vonatkozó minőségleírás áll rendelkezésre, felvetődik a kérdés, hogy ez a leírás hogyan alkalmazható a minőségirányítás tökéletesítésére. Elvileg megkülönböztethető egymástól a gyártási folyamattól függetlenített (off-line) hasznosítás és a folyamatra vonatkoztatott (on-line) felhasználás. Az off-line hasznosítás esetén szükség van egyrészt a minőségadatok, másrészt a hozzájuk tartozó technológiai feltételek megfelelő tárolására. Az on-line hasznosítás esetén az a döntő, hogy a félkész termékre vonatkozó minősítés is rendelkezésre áll, és a gyártási folyamat mentén a termelőberendezések között megfelelő adattechnikai kapcsolat érvényesül. Az 1. ábra a következőkben részletesen ismertetett off-line hasznosítási stratégiákat foglalja össze. Mindenekelőtt a gyártósor valamennyi technológiájára, ill. berendezésére vonatkozó lényegi technológiai jellemzőket, valamint a minőséget leíró paramétereket kell rögzíteni és megfelelő módon tárolni. A tárolás
történhet központi minőségadatbankban, vagy pedig elosztott, decentralizált rendszerekben. Mindössze arra van szükség, hogy az adatok szükség esetén minél gyorsabban és teljes mértékben rendelkezésre álljanak. Az adattárolás esetén több tényezőre kell tekintettel lenni. A terméket végig kell kísérni a teljes technológiai folyamatban, és ideális körülmények között helyzetét egyértelműen kell követni. Fel kell tüntetni a darabolási vagy hegesztési műveleteket, és meg kell határozni a hosszirányú követés lehetséges pontosságát.
a közép- és hosszú távú minőség optimálása
többváltozós statisztikai folyamatszabályozás (közép- vagy hosszú távra)
folyamatosan ellenőrző és optimáló rendszer a technológia rövid távú optimálása
a tekercs optimált kiosztása, a minőségre vonatkozó jelentés
a változások folyamatos ellenőrzése
a hőkezelésre, a tuskóra, ill. a tekercsre vonatkozó okok és hatások elemzése
döntéstámogatás minőségre vonatkozó adatok értékelése
az egész üzemre kiterjedő, a minőséggel kapcsolatos adatbank
1. ábra Az off-line minőség-ellenőrzés és -irányítás összetevői Több vállalatnál már működik néhány ilyen rendszer, más esetekben van az üzembe helyezésnél tartanak. Amennyiben nem követik tökéletesen a termék útját, természetesen nincs lehetőség az adatoknak a szalaghosszra vonatkoztatott kiértékelésére. Ennek ellenére – sok esetben – kizárólag az adagra vonatkozó értékelés alapján is lényeges felismerésekhez lehet jutni. Ebben az esetben az adatfeldolgozást természetesen erre alkalmassá kell tenni.
Döntést támogató rendszerek Az ily módon tárolt információk egyik első felhasználási esetét alkotják az ún. döntéstámogató rendszerek. Ezek elősegíthetik például az előállított szalagok rendelésekhez való optimális hozzárendelését, vagy hozzájárulnak ahhoz, hogy a minőség-ellenőrző osztály rendszeresen megkapja a jelentéseket. A döntéstámogató rendszerek elősegítik a szakember számára az optimális döntést. Erre különösen olyankor van szükség, amikor meghatározott döntési folyamatokhoz csak korlátozott idő áll rendelkezésre. A döntéstámogató rendszer megfelelő információs modellel segíti a szakértőt. Ez a modell természetesen függ a megoldandó feladattól, és ezt a modell kidolgozásakor előre figyelembe kell venni. Példa az ilyen off-line döntési problémára egy bizonyos termék optimális feldolgozási útja olyankor, amikor az egyes feldolgozási fokozatokban több berendezésváltozat áll rendelkezésre. A tapasztalat azt mutatja, hogy a több változatban rendelkezésre álló technológiai berendezések mindegyikének üzemeltetésekor az adott berendezésre jellemző minőségű termék előállítására van lehetőség. Természetesen azt a technológiai változatot kell választani, amelyik a legjobb minőséget tudja szolgáltatni. Egyidejűleg tekintettel kell lenni a különböző berendezések kapacitásának kihasználására. Egy másik példa a szalagrendelések optimálása a darabolás szempontjából. Amikor az előállított szalagmennyiséggel egy adott rendelést kell teljesíteni, és egyrészt figyelembe kell venni a felületi szalaghibák eloszlását, másrészt a darabolási hulladékot minimumra kell csökkenteni, ilyenkor optimálni kell a darabolási műveleteket. További optimálási kritérium a berendezés kapacitásának kihasználása. Az ilyen problémákat megoldó rendszer gyakorlati alkalmazására már sor került.
A minőséggel kapcsolatos adatok kiértékelése A tárolt adatok további hasznosítását teszik lehetővé azok a rendszerek, amelyekkel átfogóan lehet értékelni a minőségre vonatkozó információkat, tekintet nélkül a technológiai adatokra. Az ilyen értékelések eredményei felhasználhatóak akár a minőség-ellenőrző rendszer felülvizsgálatára, akár a termelőberendezések optimálására. Több német üzemben már alkalmaznak a felületi minőség-ellenőrzés adatainak értékelését végző rendszereket. Például kiemelhetők azoknak az elmúlt három hónapban termelt szalagoknak a minősítési
adatai, amelyek többek között adott tuskótípusból származnak, egy meghatározott anyagminőséghez tartoznak, mondjuk 1,0–1,5 mm vastagságúak és az „A” ügyfél számára készültek. Az adatok különböző jellegű értékelésekre adnak lehetőséget. Például ilyen kérdéseket lehet megválaszolni: tulajdonképpen mi a „jó” minőség és ez miben különbözik a „rossz” minőségtől? A felület-ellenőrző rendszer eredményei egyáltalán plauzibilisek-e? Melyek azok a termékek, amelyeken a leggyakrabban találhatók bizonyos hibák? Változik-e az idő függvényében egy bizonyos hiba gyakorisága? Egyaránt lehetőség van egyes szalagok jellemzőinek értékelésére, vagy akár sok ezer szalag statisztikai vizsgálatára. Így például összehasonlíthatók egymással a gyártósor különböző ellenőrző rendszereinek eredményei. Továbbá mód van annak megállapítására, hogy milyen hibatípusok számítanak minőségjellemzőnek, ill. hol van a határ a jó és a rossz minőség között? Az értékelési módszer belső hibák, vagyis kétdimenziós diszkrét hibaeloszlás esetére is érvényes.
A technológiai és minőségi változások felismerése A tárolt – elsősorban technológiai – adatok arra is felhasználhatók, hogy egyes technológiák megváltozásai, vagy a gyártósor változásai felismerhetők legyenek. Ha például hétfőn reggel ismertté válik, hogy a hétvége óta fokozódott a melegszalagokon a revésedés, az adatok megfelelő elemzésével megállapítható, vajon a hét végén történt-e valami jelentős változás a berendezéseken, vagy a technológiában? Az ilyen információk azután felhasználhatók a technológia optimálására, vagy karbantartási műveletek kezdeményezésére. Arra is lehetőség van, hogy egyes hibákat kiváltó okokat kiküszöböljenek. Erre a feladatra alkalmasak a statisztikai folyamatszabályozás egyváltozós, egyszerű módszerei. A változások kimutatására alkalmazható – többek között – az eltéréselemzési módszer, segítségével felismerhetők bizonyos technológiai események és változások. Ilyen és hasonló módszerekkel az is megállapítható, hogy az adatbankba kerülő adatok hibátlanok és plauzibilisek-e. Az ismertetett elképzelésekben nincs semmi új. Hasonló módszereket már évek óta alkalmaznak a laposacél-termelésben. Az itt javasolt módszer, vagyis a technológiai és a minőségi adatok kombinált hasznosítása, vagy az adatok tekercsenként, ill. szegmensekként való központi tárolása az eddigieknél rugalmasabb, mindenekelőtt pedig szélesebb körű felhasználást tesz lehetővé.
Technológiai fokozatokon átnyúló minőséghibák okainak elemzése Mind a folyamati, mind a minőségi adatok off-line hasznosítási lehetőségeihez tartozik a minőségi hibák okainak technológiai fokozatokon átnyúló elemzése (1. ábra). Az előállított szalagok teljes termelési folyamatában megvalósuló ellenőrzése lehetővé teszi valamennyi gyártási körülmény hozzárendelését a minőségvizsgálati eredményekhez. Az összefüggések alapján áttekinthető adattáblázatot állítanak össze. Az okokat különböző grafikai és statisztikai módszerekkel elemzik. Az elemzések eredményei alkalmazhatók a folyamat viszonylag rövid távú optimálására, ezenkívül felhasználhatók a változások kimutatására. Ennek a feladatnak az elvégzéséhez már több évvel ezelőtt olyan nagy teljesítményű szoftverrendszert fejlesztettek ki, amely megfelel az acélgyártás feltételeinek. Segítségével végrehajthatók a szükséges műveletek, pl. a termékminőség ellenőrzése az anyag hossza mentén, a vonatkozó minőség-ellenőrzési adatok feldolgozása, az adatok grafikus és statisztikai elemzése, továbbá az adatokra épülő folyamati és minőségi modellek kidolgozása. A minőséghibák okainak adatok alapján végzett elemzése végeredményben a jó minőség és azt eredményező gyártási feltételek és a rossz minőség, valamint a vonatkozó technológiai jellemzők összehasonlítását teszi lehetővé. A több szalagra vonatkozó megállapítások statisztikai vizsgálata alapján eredményesen lehet következtetni a hibaokokra. Ez az eljárás alkalmas arra is, hogy előrejelzési modellt dolgozzanak ki annak modellezésére, hogy milyen valószínűséggel keletkeznek adott minőségi hibák, ill. valósulnak meg meghatározott termék- és anyagtulajdonságok. Természetesen csak akkor van értelme az ilyen adatokat felhasználó modellek alkalmazásának, amikor nincs lehetőség analitikus modellek kidolgozására, vagy ha ezek túlságosan pontatlanok lennének. Ahhoz, hogy ezzel a segédeszközzel érdemileg javítani lehessen a termék minőségét, a módszer a napi munka részét kell, hogy képezze. Erre az elképzelésre épül fel a 2. ábrán feltüntetett optimálási kör. A technológiai adatok felvételével, a minőségjellemzők mérésére megfelelő szúrópróbát vesznek. Első közelítésben ebből a szúrópróbából csupán a minőségre vonatkozó információkat értékelik: pl. a fenti módszer alapján a felületi minőségre vonatkozó mérésadatokat elemzik. Ezzel kimutatható a minőséghibák nagyságrendje, majd levezethető a jó
és a rossz minőség pontos definíciója. Ezt követi az okok adatokra épülő elemzése és a hozzájuk tartozó technológiai paraméterek megállapítása. Így lehetővé válik a gyártástechnológia tökéletesítése, majd a megváltoztatott technológiai eredmények rögzítése. Ezután a körfolyamat újra és újra ismétlődik. Elérhető tehát a technológia folyamatos optimálása. Az eljárást már a gyakorlat igazolja. Fel kell azonban hívni a figyelmet arra, hogy az optimálási kör kivitelezése időt és anyagi ráfordítást igényel. Ugyanakkor az eredményesség nem minden esetre szavatolható. Általában az eljárás gazdaságos és jelentős költségmegtakarítást eredményez. okok és hatások elemzése a tárolt adatok alapján minőséghibákra vonatkozó információ
optimálás
a termékminőség értékelése adatminta
utasítás a folyamat helyesbítésére
a technológiai paraméterek megváltoztatása szabályozási kör
tökéletesített technológia
a technológiai és minőségre vonatkozó adatok mérése
2. ábra Optimálási kör
Többváltozós statisztikai folyamat-ellenőrzés Az okok adatokra épülő elemzésének eredményei további off-line értékelésre használhatók (3. ábra). A folyamati és minőségi adatsorokból közép- és hosszú távú irányzatok kimutatására van lehetőség. A minőséghibák előrejelzési modellje segítségével olyan ellenőrzés valósítható meg, amely képes megakadályozni a hiba létrejöttét. A tárolt technológiai és minőséggel kapcsolatos adatok alapján a többváltozós folyamat-ellenőrzéssel megvizsgálhatók a bennünket érdeklő minőségjellemzők és technológiai változók közötti összefüggések. Az eredmények jelentések formájában közölhetők, azonban közvetlenül
is felhasználhatók a technológiai paraméterek módosítására, vagy a karbantartási rendszabályok kezdeményezésére.
az üzemeltetési gyakorlat változásai, karbantartás, szabályozási pontok változásai
figyelmeztetések, jelentések
a termékminőség és az azt befolyásoló változók folyamatos ellenőrzése
adatok
minőségre vonatkozó információk, technológiai változók, üzemi gyakorlat
rövid és hosszú távon
kapcsolatok, modellek
az egész üzemre kiterjedő kapcsolatok off-line kimutatása
3. ábra A termékminőség egész üzemre kiterjedő folyamatos ellenőrzését végző rendszer és a folyamati paraméterek
A minőségirányítás technológiával kapcsolatos módszerei Az on-line minőségirányítás elvét a 4. ábra mutatja be. A következő lehetőségek kínálkoznak: – Folyamatos minőség-ellenőrzés: hogyan változnak bizonyos minőségi jellemzők az idő függvényében és ezek alapján lehet-e bizonyos irányzatokat kimutatni? – A termék tulajdonságainak előrejelzése: pl. a szakítószilárdság és az arányossági határ előrejelzése horganyzás utáni állapotban. – A döntés támogatásának különböző on-line változatai: az előállított szalag képes-e az előírt minőségi kritériumokat kielégíteni, vagy esetleg gazdaságosabb ezt a szalagot kivonni a termelésből? – A feldolgozásra kerülő félkész termék minőségének figyelembevétele a feldolgozó berendezések szabályozásakor: a melegen hengerelt szalag keresztmetszeti geometriai jellemzőinek felhaszná-
lása a tandem hideghengersoron a hengerlési hézag beállítására, vagy például a súlyos felületi hibákra, pl. lyukakra vonatkozó információk felhasználása annak elkerülésére, hogy a hideghengersoron szakadás következzen be. – Az egyes minőségparaméterek valódi, több technológiai műveleten keresztül megvalósuló szabályozása zárt szabályozási körben.
a minőség leírása és továbbítása
a minőség leírása és továbbítása
a minőség leírása és továbbítása
a minőség leírása és továbbítása
folyamatos minőség-ellenőrzés, a termék tulajdonságainak előrejelzése, on-line döntéstámogatás, összehangolt szabályozás, minőség-ellenőrzés
4. ábra A minőségszabályozás on-line módszerei A gyakorlati megvalósításra folyamatos öntő-szalaghengerlő berendezésben került sor. Ilyenkor a termék folyamatos követése eleve viszonylag egyszerű. Tehát egyaránt lehetőség van szakaszolt minőségi adatbankrendszer, vagy on-line minőségszabályozás megvalósítására (5. ábra). Ebben az esetben jellegzetes minőségjellemzőként a meleg szélesszalagsor utáni felületi minőséget választották. Automatizált felületellenőrző rendszer vizsgálja a tényleges minőséget. Ezenkívül a különböző technológiai műveletek során mérik valamennyi lényeges technológiai paramétert és azokat hosszirányban (on-line) hozzárendelik a termékhez. Az adatokat megfelelő módon archiválják. A technológiába való beavatkozást a kijelölt helyen a felület minőségére vonatkozó előrejelzés váltja fel. Az előrejelzés céljaira a tárolt adatokat feldolgozó modellt használják fel. A modell segítségével mind a hibamentes állapotra,
mind hiba esetére 85%-os biztonságú előrejelzés érhető el. A modell elemzési eredménye alapján kap javaslatot a kezelő személyzet a technológiai paraméterek megváltoztatására. Felvetődik a kérdés, van-e lehetőség az on-line és az off-line módszerek kombinálására? Jelenleg van folyamatban egy ilyen átfogó ellenőrző szabályozórendszer kidolgozása.
adatgyűjtés
ellenőrző tevékenység adatgyűjtés adatgyűjtés
adatminták
hűtőpad
felületi hibák előrejelzése
5. ábra Minőségszabályozás folyamatos öntőés szalaghengerlő soron
Következtetések Egyértelműen igazolható, hogy az új mérési rendszerek és a nagyteljesítményű számítástechnika kombinációja révén lehetőség van a minőség-ellenőrzés és -szabályozás tökéletesítésére. Vagyis: – a minőség-ellenőrzési és minőségszabályozási módszerek, valamint stratégiák fejlesztésének előfeltétele az egész szalag, vagy egyes szalagszakaszok minőségének megfelelő és teljes numerikus leírása a nagyteljesítményű mérő és ellenőrző rendszerek alapján; – a technológiai adatoknak a termékminőség javítására való felhasználásakor a folyamattól független (off-line), vagy ahhoz kapcsolódó (on-line) felhasználásra egyaránt van lehetőség. – mindkét változatra megfelelő stratégia áll rendelkezésre.
A választott megoldás ésszerűsége a környezeti feltételektől függ. Az utóbbi évek tapasztalatai szerint ezek a módszerek elsősorban gazdaságossági szempontból eredményesek. Összeállította: Dr. Barna Györgyné Peters, H.; Heckenthaler, T.; Holzknecht, N.: Strategien und Methoden für die Qualitätsüberwachung und die Qualitätsregelung bei der Flachstahlproduktion. = Stahl und Eisen, 125. k. 7. sz. 2005. p. 29–36. Vetterlein T.; Annighöfer, R. M. stb.: Oberflächenprüfungen automatisieren. – Optoelektronische Aunswertungen bei Oberflächenprüfungen. = Materialprüfung, 46. k. 6. sz. 2004. p. 327–329.
