CC BY
72
УДК 663.5:621.6.057.2-189.2:005.642.2 C.А. Лисицын, асп., [email protected],
В.Б. Морозов, канд. техн. наук, доц., [email protected],
В.В. Прейс, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 33-24-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА РОЗЛИВА ЛИКЕРОВОДОЧНОЙ ПРОДУКЦИИ НА РОТОРНЫХ (КАРУСЕЛЬНЫХ) МАШИНАХ
Рассмотрены проблемы обеспечения качества розлива ликероводочной продукции на роторных (карусельных) машинах на основе применения статистических методов контроля качества, имитационного моделирования процедур статистического контроля и усовершенствования конструкции клапанного дозатора жидкостей.
Ключевые слова: качество, контроль, роторная (карусельная) машина, клапанный дозатор, статистические методы, имитационное моделирование, процедуры статистического контроля.
Одним из основных показателей конкурентоспособности пищевой продукции является её качество. Сегодня российский рынок, как и рынки стран СНГ, характеризуется изобилием и разнообразием ликероводочной продукции, обусловливающими наличие жесткой конкуренции между российскими и зарубежными производителями, что требует поиска новых, эффективных технологий, позволяющих производителю обеспечить высокое качество и конкурентоспособность продукции, а производственный процесс сделать гибким, динамичным и высокотехнологичным.
Решение поставленных задач возможно на основе реализации комплекса мероприятий по различным направлениям, одним из которых является обеспечение высокого уровня качества исходного сырья и готовой ликероводочной продукции на основе использования современного высокопроизводительного и автоматизированного технологического оборудования и внедрения современных методов контроля и управления качеством процесса производства продукции [1].
Одним из основных видов технологического оборудования, определяющим производительность всего ликероводочного производства, являются многопозиционные роторные (карусельные) машины, осуществляющие розлив ликероводочной продукции в соответствующую тару в процессе непрерывного вращения разливочного ротора (карусели). Цикловая производительность современных роторных машин для розлива ликероводочной продукции составляет от 100 до 400 шт./мин в зависимости от внешнего оформления, размеров, материала и объема заполняемой тары.
В последнее десятилетие ХХ века на мировом рынке технологического оборудования для розлива ликероводочной продукции сформировалась устойчивая тенденция создания роторных машин, объединяющих на единой станине с общим приводом вращения несколько технологических
роторов, например, ополаскивающие, разливочные и укупорочные, а в некоторых случаях этикетировочные и датирующие роторы. Такие машины в зависимости от числа объединяемых технологических роторов (два или три ротора) получили название моноблоков или триблоков, а в случае, если на одной станине установлено более трех технологических роторов, -синхроблоков.
Основным функциональным элементом разливочного ротора являются дозаторы. На сегодня преимущественное распространение в разливочных роторах роторных машин нашли клапанные дозаторы, реализующие способ розлива по уровню. Несмотря на разнообразие конструкций клапанных дозаторов, все они имеют один общий недостаток - при отводе тары от дозатора небольшой объем жидкости, поднявшийся по воздухоотводящей трубке, сливается в отводимую тару. Это является одной из причин нестабильности уровня (объема) налива и требует весьма тщательной настройки всех дозаторов разливочного ротора, число которых может достигать в высокопроизводительных роторных машинах 60 штук.
На современном этапе развития массового промышленного производства пищевой, в том числе и ликероводочной продукции, существуют два подхода к контролю качества продукции.
Первый из них - это обеспечение сплошного контроля основных параметров качества продукции на основе применения инструментальных методов, реализуемых в автоматизированном инспекционном оборудовании, стоимость которого сегодня сопоставима со стоимостью основного технологического оборудования, в частности роторных триблоков розлива.
Второй подход - это применение методов и процедур статистического (выборочного) контроля качества.
Статистические методы обеспечивают экономию средств при использовании выборочного контроля некритичных параметров продукции по сравнению со сплошным (стопроцентным) контролем, позволяют осуществить контрольные операции, имеющие значительно большую продолжительность по сравнению с технологическими операциями, дают возможность фиксировать, вести «историю качества», выявлять тенденции в изменении качества и определять пути повышения качества. Кроме того, статистические методы выстраивают систему взаимоотношений между изготовителем и потребителем, которая может быть основана на статистических критериях (такими критериями могут являться приёмочный и браковочный уровень качества, предел выходного уровня качества, риски изготовителя и потребителя, средний объём инспекции, средний уровень затрат, связанных с контролем) [2].
Следует отметить общую особенность реализации различных методов контроля качества пищевой продукции (сплошного или выборочного), заключающуюся в том, что в отличие от машиностроительного производства в пищевой промышленности применительно к готовой (упакованной)
продукции отсутствует понятие «исправимый брак», поскольку почти все процедуры контроля качества готовой продукции носят разрушающий характер, и даже, если отобранная для контроля продукция признается годной, то возврат ее обратно в общий технологический поток технически невозможен, а в большинстве случаев просто не допустим по санитарногигиеническим нормам. Например, при контроле уровня налива в бутылки или усилия закрутки крышек фасованных напитков (кисломолочных, соков, чая и т.п.) нарушается герметичность их упаковки, вследствие чего весь продукт должен быть утилизирован, даже если по результатам контроля указанные параметры соответствуют установленным требованиям.
Одним из базовых положений концепции TQM является применение комплексного подхода к управлению качеством производимой продукции, который включает не только совершенствование методов и процедур статистического (выборочного) контроля качества продукции, но и разработку инновационных технических решений функциональных элементов технологического оборудования, обеспечивающих качество производимой продукции [3]. Очевидно, что применение статистических методов контроля качества продукции наиболее эффективно только при стабильном технологическом процессе, когда изменение параметров, характеризующих качество продукции, носит случайный характер.
В работе [4] были рассмотрены результаты статистического анализа стабильности уровня налива в ПЭТ-бутылки и усилия закрутки пробки, характеризующих качество розлива газированной воды на роторной (карусельной) машине, и вопросы совершенствования методов и процедур статистического контроля качества. Проанализируем результаты статистической оценки стабильности объема налива водки в стеклянные бутылки объемом 0,5 л на разливочном роторе с 48 дозаторами (табл. 1).
Таблица 1
Статистические параметры выборок__________________
Показатель Номера выборок
1 2 3
Среднее значение, мл 504,51 505,67 505,15
Медиана, мл 504,7 506 505,2
Геометрическое среднее 504,507 505,67 505,15
Дисперсия 5,094 3,358 1,784
Стандартное отклонение 2,257 1,833 1,336
Стандартная ошибка 0,252 0,205 0,149
Размах 14,2 11,9 7,7
Коэффициент асимметрии -8,19 -2,97 -2,36
Коэффициент эксцесса 8,64 2,22 1,02
Сумма элементов выборки 40361 40453,9 40411,8
Коэффициент переменности 0,447 0,362 0,264
На гистограммах (рис. 1) показано графическое отображение результатов статистического анализа объема налива: значения по оси абсцисс - интервалы попаданий в те или иные значения исследуемого параметра (объем налива), значения по оси ординат - частота попаданий.
490 494 498 502 506 510
а б в
Рис. 1. Графические отображения результатов статистического анализа стабильности уровня налива: а - выборка № 1; б - выборка № 2; в - выборка № 3
Для однозначного вывода о стабильности процесса налива водки на роторной машине проведено статистическое сравнение 1-й и 2-й выборок на их однородность (рис. 2).
40 20 0 20 40
Рис. 2. Сравнение анализируемых выборок на однородность
490
494 498
502 506
510
На основании сравнения отдельных статистических характеристик выборок, проведенного на компьютере с использованием специального программного обеспечения, были получены результаты, представленные в табл. 2. Выявлена статистическая значимость имеющихся расхождений в значении параметров. Так как однородность установлена большинством анализов (включая условно принятое сравнение стандартных отклонений), а также достоверность сравнения средних значений достигает 99 %, окончательно исследуемые выборки признаны однородными. Следовательно, работа роторной машины является стабильной.
Таблица 2
Сравнение выборок____________________________
Сравниваемые характеристики Значение параметра (объем налива) Вывод Доверительная вероятность, %
Средние значения, мл 504,51 505,67 + 99
Стандартное отклонение, мл 2,257 1,833 + 99
Медиана, мл 504,7 506 + 95
Тест Колмогорова — 95
Полученные результаты статистического исследования являются информационной основой моделирования и разработки процедур непрерывного (выборочного) статистического контроля в управлении качеством выпускаемой продукции.
Как видно из графиков рис. 1, дозаторы разливочного ротора настроены на небольшой перелив. Это значит, что за каждую смену расходуется большое количество конечного продукта, что не допустимо в условиях массового производства.
Для стабилизации работы разливочного ротора предлагается усовершенствование конструкции клапанного дозатора (рис. 3 ).
Клапанный дозатор (рис. 3, а) состоит из корпуса 4, верхняя часть которого расположена в расходном резервуаре 3. В корпусе дозатора установлена воздухоотводящая трубка 8 с наливным клапаном 9, смонтированном на ее нижнем торце. В нижней части корпуса установлена сливная трубка 5, на которой смонтирована подвижная втулка 6 с кольцевым уплотнением 7, поджимаемая к наливному клапану 9 пружиной 2. Дозатор дополнительно снабжен обратным воздушным клапаном 1, установленным внутри воздухоотводящей трубки в ее нижней части. Обратный воздушный клапан 1 может быть выполнен в виде шарика 11 (рис. 3, б) или в виде втулки 12 с коническим торцом и продольными пазами 13 (рис. 3, в) для прохода воздуха при открытии воздушного клапана.
При подъеме пустой бутылки 10 к дозатору она торцом своего горлышка нажимает на кольцевое уплотнение 7 и, преодолевая сопротивление пружины 2, поднимает втулку 6, открывая наливной клапан 9. Из расходного резервуара 3 жидкость поступает в сливную трубку 5 и вытекает через зазор между торцом втулки 6 и наливным клапаном 9 в бутылку 10. При этом горлышко бутылки плотно прижато к кольцевому уплотнению 7 и воздух из бутылки уходит только через воздухоотводящую трубку 8, открывая воздушный клапан 1.
Рис. 3. Клапанный дозатор с обратным воздушным клапаном: а - общий вид в разрезе; б - вариант выполнения воздушного клапана в виде шарика; в - вариант выполнения воздушного клапана в виде втулки с продольными пазами
При достижении уровня жидкости в бутылке до нижнего торца воздухоотводящей трубки 8 оставшийся над уровнем жидкости бутылки воздух запирается. Давление его повышается до значения, которое соответствует высоте столба жидкости в воздухоотводящей трубке 8. Истечение жидкости прекращается.
Когда заполненная бутылка 10 опускается, наливной клапан 9 под действием пружины 2 закрывается и доступ жидкости в бутылку преграждается, при этом определенное количество жидкости, поднимающееся по воздухоотводящей трубке 8, своим весом закрывает обратный воздушный клапан 1. Таким образом, окончательный уровень жидкости в бутылке после ее отвода от дозирующего устройства остается неизменным.
Предлагаемая усовершенствованная конструкция дозатора повышает надежность его работы и обеспечивает повышение стабильности уровня (объема) налива пищевых жидкостей в бутылки за счет невозможности истечения жидкости из воздухоотводящей трубки после закрытия наливного клапана. Это существенно снижает экономические потери при производстве напитков в условиях массового производства, так как исключает перерасход продукта. Повышение стабильности уровня налива обеспечивает также улучшение товарного вида готовой продукции.
Как указывалось выше, применение методов статистического контроля качества эффективно именно при стабильном протекании технологического процесса и стабильно работающем оборудовании.
Для поиска оптимальных параметров плана статистического контроля качества представляется целесообразным использование имитационного компьютерного моделирования статистических процедур контроля. Целесообразность и эффективность имитационного моделирования процедур контроля обусловлена указанной выше спецификой пищевых производств, а именно разрушающим характером контроля готового (упакованного) продукта и невозможностью возврата проконтролированного продукта обратно в общий технологический поток. Это не позволяет проводить полномасштабные эксперименты с варьированием уровня входного качества, числа, объема и частоты выборок контролируемой продукции в условиях действующего производства, поскольку приводит к значительным экономическим потерям предприятия-производителя.
В работе [4] был предложен алгоритм имитационного моделирования процедуры статистического контроля СБР-1, сущность которой заключается в следующем. Для дифференцированного потока продукта с частотой / осуществляется контроль единицы накопленного объёма по определенным параметрам качества (или их совокупности). В случае, если значение соответствует статистическому (приёмочному) условию, то объём признаётся соответствующим уровню качества. В противном случае, при получении дефектной единицы продукта, происходит переход на стопроцентный контроль. Сплошной контроль осуществляется до тех пор, пока число годных, т.е. соответствующего уровня качества, единиц не достигнет величины I. После чего происходит переход на выборочный периодический контроль с первоначальной частотой / и процедура повторяется. Были заданы следующие величины параметров моделирования: частота контроля / = 0,2, число годных подряд единиц соответствующего уровня качества I = 5, количество единиц в потоке - 10000.
Результаты имитационного моделирования процедуры CSP-1 в программной среде ЫМЬаЬ показаны на рис. 4.
На графике по оси абсцисс отражена величина входного уровня брака д, по оси ординат - величина выходного уровня брака р(ф. Поскольку в реальном производстве допустимый уровень брака не может превышать 20 %, то диапазон варьирования входным уровнем брака был ограничен этим значением. Можно заметить, что при плане контроля CSP-1 величина содержания брака на выходе всегда меньше, чем на входе, из чего можно сделать вывод об эффективности предложенного плана контроля.
grafik
0.18
Рис. 4. Результаты имитационного моделирования процедуры CSP-1
Используя разработанную программу имитационного моделирования, в дальнейшем будут проведены анализ и поиск оптимальных параметров плана процедуры CSP-1, обеспечивающих минимизацию объема, числа и периодичности выборок, что в совокупности с внедрением инновационного технического решения по усовершенствованию клапанного дозатора разливочного ротора позволит повысить результативность технологических систем роторных машин для розлива напитков.
Список литературы
1. Прейс В.В., Шпаков П.П. Некоторые аспекты проблемы обеспечения качества и конкурентноспособности российских водок // Сб. трудов XVI Междунар. научно-техн. конф. «Машиностроение и технофера XXI века» в г. Севастополе. Донецк: ДонНТУ, 2009. С. 251 - 254.
2. Статистические методы в спиртоводочном производстве /
А.С. Горелов [и др.]. Тула: ТулГУ, 2001. 214 с.
3. Анцев В.Ю., Иноземцев А.Н. Всеобщее управление качеством: учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. 244 с.
4. Лисицын С.А. , Морозов В.Б. , Прейс В.В. Задачи статистического моделирования процедур непрерывного (выборочного) контроля параметров розлива и упаковки напитков // Изв. ТулГУ. Технические науки. Вып. 1. Ч. 1. 2009. С. 205 - 212.
5. Lisitsyn, V. Morozov, V. Prejs
Maintenance of quality of pouring liquor-vodka production on rotor (carousel) machines
Problems of maintenance of quality of pouring liquor-vodka production on rotor (сarousel) machines on the basis of application of a statistical quality monitoring of quality, imitating modelling of procedures of the statistical control and design improvement valve liquid's portioning devices are considered.
Keywords: quality, the control, rotor (сarousel) machine, valve portioning devices, statistical methods, imitating modelling, procedures of the statistical control.
Получено 07.04.10
УДК 658.562
В.Б. Протасьев, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-25-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
О. Л. Панченко, студент, (920)7559920, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ЭТАПЫ ОТСЛЕЖИВАНИЯ «ГОЛОСА ПОТРЕБИТЕЛЯ»
ПРИ РАЗВЕРТЫВАНИИ ФУНКЦИИ КАЧЕСТВА
Рассматриваются принципы, используемые при развертывании одного из основных документов TQM. Выполнение процедуры функции качества позволяет производителю продукции, процесса или услуги правильно оценивать свои возможности среди конкурирующих организаций и максимально удовлетворять требования потребителя.
Ключевые слова: развертывание функции качества, «Дом Качества», матрица планирования, «голос потребителя», планирование продукта, параметры качества, проектирование процесса.
Ключевые элементы QFD-развертывания функции качества («что», «как», «связи», «цели» - значения параметров качества продукта;
«важность» - рейтинг-компонент дерева пожеланий и параметров качества продукта, а также технической трудности их реализации) являются фундаментом QFD, от которых в большой степени зависят прочность и долговечность «Дома Качества», построенного производителем в виде конечного продукта, которым воспользуется или не воспользуется в зависимости от качества этого продукта будущий его потребитель. В работе по развертыванию функции качества формы используемых матричных диаграмм действительно напоминают дом, и поэтому их часто называют «Домом Качества».
Концепция «Дома Качества» в общем виде проиллюстрирована на рисунке, где показано назначение различных частей (комнат) матричной диаграммы (Дома).
Корреляционная матрица, напоминающая по своей форме крышу дома, заполняется символами, указывающими на положительную или отрицательную корреляционную связь между соответствующими техническими характеристиками продукта с позиций интересов потребителя.
