Магнитогорская школа качества (научный обзор)

Со времени создания в Магнитогорске горнометаллургического института направления исследований вузовских учёных в области обработки металлов давлением определялись преимущественно технологическими процессами, применявшимися на металлургических предприятиях города. Это диктовалось как потребностями этих предприятий, так и доступностью обширной производственной базы. Сложилась школа специалистов в области сортовой и листовой прокатки, метизного производства. В области метизного производства широко известны исследования по волочению проволоки, холодной и горячей высадке, обработке слоистых и порошковых материалов. Семидесятые годы прошлого века были ознаменованы активизацией исследований по производству гнутых профилей. Теоретическую основу этих исследований составляла классическая теория пластичности, обогащенная в середине двадцатого века численными методами и компьютерными технологиями [1–14].

Развитие технологий обработки металлов давлением во второй половине двадцатого века наряду с классическими задачами – разработка калибровок валков, исследование очага деформации – ставило перед исследователями новые проблемы. Всё острее в стране и металлургии вставали вопросы повышения качества продукции, обеспечения качества на уровне мировых стандартов как совершенствованием известных, так и разработкой новых технологических процессов. Так, в конце 60-х гг. в СССР бурное развитие получило производство стальных фасонных профилей высокой точности (СФПВТ). Были пущены три специализированных цеха по производству СФПВТ на Омутнинском металлургическом, Череповецком сталепрокатном и Ижевском металлургическом заводах. В Магнитогорске исследованиями в области технологии производства СФПВТ занималась группа учёных под руководством Г.С. Гуна [15–17].

Особенностью производства СФПВТ является достаточно большой спектр технологических операций в цепочке технологического процесса. Поэтому перед исследователями встала задача разработки методов выбора рационального технологического процесса на основе комбинирования различных операций ОМД. Некоторые технологические цепочки определялись условиями пластического деформирования и задача выбора рациональной технологии решалась в рамках классических методов ОМД. Однако не всегда эти методы давали эффективное решение возникавших задач. Сложное комбинирование технологических операций не поддавалось оценке ни физическими методами, опирающимися на энергетические критерии, ни экономическими. В условиях проектирования часто невозможно дать денежную оценку ещё не реализованным процессам. Перечисленные предпосылки обусловили обращение магнитогорских исследователей к аппарату квалиметрии [18–25], активно разрабатываемому отечественными учёными начиная с семидесятых годов.

Использование квалиметрии позволило успешно решить ряд задач выбора рациональных технологических схем производства [26–27]. Одновременно совершенствовался и аппарат квали-метрии [28]. Таким образом, был заложен фундамент многолетней программы исследований в области качества в металлургии. Закономерным этапом развития этих исследований стало открытие при Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова диссертационного совета Д 212.111.05 по специальности 05.02.23 – Стандартизация и управление качеством продукции. Уникальность совета в его специализации в области чёрной металлургии. Интегрируя исследования в области квалиметрии, менеджмента качества и совершенствования технологии, этот совет в России является единственным в области металлургии. Самые эффективные разработки в области качества в чёрной металлургии закономерно завершаются защитой диссертации. За период с 2008 года по настоящее время в совете успешно защищено 17 кандидатских и 6 докторских диссертаций. Обзор этих работ позволяет продемонстрировать область внедрения их результатов и методы научных исследований.

В последние годы в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова сложились и получили развитие следующие основные научные направления:

• 1.    Совершенствование связей взаимодействия системы «поставщик – разработчик – изготовитель» с целью максимизации результативности.

• 2.    Методы анализа, синтеза и оптимизации, математические и информационные модели состояния и динамики качества объектов.

• 3.    Квалиметрические методы оценки качества объектов, стандартизации и процессов управления качеством.

• 4.    Научные основы стандартизации.

Первому направлению «Совершенствование связей взаимодействия системы «поставщик – разработчик – изготовитель» с целью максимизации результативности» принадлежат следующие исследования:

– Повышение качества железнодорожных пружинных клемм на основе совершенствования режимов обработки [29], разработаны режимы окончательной термической обработки пружинных клемм, обеспечивающие формирование заданного уровня качества готовой продукции. Работа внедрена в ОАО «ММК-МЕТИЗ».

– Повышение качества валков станов холодной прокатки на основе совершенствования технологии их термической обработки [30]. В результате проведённых исследований усовершенствован режим трехпроходной индукционной закалки токами промышленной частоты рабочих валков станов холодной прокатки. Внесены изменения в технологическую инструкцию ТИ 176-РМ-70-06. Работа внедрена в ремонтно-механическом цехе ОАО «ММК-МЕТИЗ».

– Совершенствование процесса запрессовки с целью повышения уровня качества шаровых шарниров передней подвески автомобилей [31–36]. Разработаны и внедрены в производство ТУ 4591014-45671602-2007 «Пальцы шаровые передней подвески для автомобилей ВАЗ». Уровень дефектности шаровых шарниров 2110-2904192-01 в гарантийный период эксплуатации за 2009 год составил 182 ppm, уровень при поставках равен 0 ppm. Работа проведена и реализована в ЗАО НПО «БелМаг», г. Магнитогорск.

– Методика прогнозирования качества покрытия при горячем цинковании проволоки на основе использования статистического анализа и фрактальной геометрии [37]. В работе предложены скоростные режимы движения стальной проволоки в агрегате горячего цинкования ICE для диаметров от 1,6 до 5,0 мм. Результаты исследования внедрены в ОАО «ММК-МЕТИЗ».

– Обеспечение качества холоднокатаной ленты для монетной заготовки на основе адаптивного управления многовариантной технологической системой [38]. Разработаны технологические режимы производства холоднокатаной ленты для высокоскоростной холодной вырубки монетных заготовок. Работа внедрена в листопрокатном цехе № 8 ОАО «ММК».

По направлению «Методы анализа, синтеза и оптимизации, математические и информационные модели состояния и динамики качества объектов» можно отметить следующие работы.

– Повышение эффективности управления качеством в металлургии с использованием сбалансированной системы показателей с учетом ограничений [39]. В работе предложена рациональная концепция совместного эффективного производства тонкой ленты из стали марки 65Г в единой технологической системе ЛПЦ-8 ОАО «ММК» – ЦЛХП ОАО «ММК-МЕТИЗ».

Повышение эффективности производства сортового проката на основе управления качеством продукции и компетентностью технологического персонала. Внедрение работы позволило повысить результативность и эффективность производства сортового проката предложенными методами управления качеством. Снижен износ валков и сокращены энергозатраты при прокатке уголка 75Х75 на стане 350 ОАО «Северсталь». Создан программный комплекс «Стан 170» для ОАО «ММК» [40, 41].

– Обеспечение качества самонарезающих винтов на основе регламентации свойств исходной заготовки в условиях недетерминированной информации [42, 43]. В работе сформированы требования к механическим свойствам горячекатаной заготовки, обеспечивающие необходимую технологичность стали на операциях холодной объемной штамповки. Внедрена в ОАО «ММК-МЕТИЗ».

• – Методология управления показателями качества продукции в технологиях метизного производства на основе моделей с элементами нечеткой логики [44].

С использованием современных информационных технологий FuzzyTECH Professional автоматизированы и подготовлены к практическому использованию на персональном компьютере математические модели для управления показателями качества калиброванной стали, высокопрочной арматуры для железобетонных шпал, пружинных клемм для рельсовых скреплений ОП105, что позволяет существенно сократить время принятия технологических решений по обеспечению заданного уровня качества готовой продукции. Результаты исследования реализованы в ОАО «ММК-МЕТИЗ».

Традиционно активно проводятся работы по направлению «Квалиметрические методы оценки качества объектов, стандартизации и процессов управления качеством». В этом ряду наиболее интересны следующие работы.

– Выбор и формирование результативной технологии производства шипов противоскольжения на основе аддитивной квалиметрической модели [45]. На основе анализа и оценки существующих конструкций шипов противоскольжения проведен выбор двух конкурентоспособных конструкций корпуса, обеспечивающих высокую технологичность изготовления, низкую себестоимость и удовлетворение основных потребительских свойств. Работа проводилась в ОАО «Белебе-евский завод «Автонормаль» (ОАО «БелЗАН»).

– Совершенствование конструкции и технологии производства геофизического кабеля на основе функционально-целевого анализа качества продукции [46].

В результате исследования разработан новый вид продукции – грузонесущий геофизический кабель с повышенной осевой жесткостью (пат. 2248594, РФ), отличающийся повышенным заполнением сечения металлом, а также более высоким моментом инерции сечения кабеля. Производство продукции освоено в ООО НПЦ «Гальва», г. Магнитогорск.

– Повышение результативности технологии производства для обеспечения качества высокопрочной арматуры [47]. Получены исходные данные, необходимые для проектирования результативных режимов обработки высокопрочной арматуры для ЖБШ диаметром 9,6 мм из катанки диаметром 15,0 мм стали марки 80ХФЮ при волочении. Исследования проводились в ОАО «ММК-МЕТИЗ».

– Управление качеством стальных канатов с применением комплексного показателя действенности технологии волочения и свивки. Разработаны: инструкция И 4 ТУ-01-2012 «Порядок расчета и оценки результативности процесса СМК» при- менительно к процессу № 7.2 «Мониторинг технологических процессов и их валидация»; комплексный показатель действенности технологии волочения канатной проволоки и свивки канатов включен в 2012 году в цели перед процессом СМК № 7.2 «Мониторинг технологических процессов и их валидация» в качестве целевого показателя.

В последние три года в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова активно ведутся исследования по разработке научных основ стандартизации. Сформулированы основные методологические принципы стандартизации, которые формируют новую науку – протипологию [48–51]. Сформулированы основные этапы процесса создания стандарта на промышленные изделия:

• –    Прогноз возникновения потребности в новых видах изделия.

• –    Функциональный анализ потребностей.

• –    Алгоритм выработки оптимального соотношения требования потребителей и возможностей изготовителя.

Таким образом, сформировалось мощное научное направление по управлению качеством продукции и процессов, охватывающее широкий спектр проблем повышения качества в черной металлургии. География внедрения результатов научных работ охватывает ведущие металлургические и машиностроительные предприятия России.