4. Алгоритм и модель систематизации сварочно-монтажного производства в статистически однородные базовые совокупности стыков

Проведенные в главе 1 исследования показывают, что борьба с браком сварных соединений, повышение качества сварочных работ являются исключительно актуальными. Для успешного решения поставленной задачи необходимо решение ряда задач. Для того, чтобы применить известные в теории управления математические методы к разнообразному мелкосерийному сварочно-монтажному производству, необходима прежде всего его систематизация и классификация.

Основной задачей математической статистики, методы которой опираются на теорию вероятностей, является научная оценка результатов измерений. С помощью статистических методов можно по одной выборке или по ряду наблюдений ограниченного объема сделать заключение о качестве остальных стыков, принадлежащих данной совокупности.

В отличие от предприятий машиностроения с массовой однородной продукцией, сварочно-монтажное производство имеет дело, как правило, с единичной или мелкосерийной продукцией – объектами сварки. Объекты разнохарактерны как по назначению, так и внутреннему содержанию: способам производства, применяемым конструкциям, свариваемым и сварочным материалам, условиям работ и др. Для условий сварочно-монтажных работ характерна крайняя неоднородность.

Неоднородность имеет значительную количественную и качественную вариацию, т.е. степень различия минимальных и максимальных признаков. Например, наименьшие диаметры контролируемых стыков трубопроводов составляют 12 ÷ 45 мм, наибольшие – 1420 мм. Марки сталей труб – низкоуглеродистые (ст. 10, 20), низколегированные (ст. 14Г2С, 17Г2СФ), высоколегированные и т.п. имеют существенные различия. Следовательно, использование классической математической статистики, применяемой в управлении качеством для массовой (серийной) однородной продукции, для монтажного производства становится практически невозможным. Поэтому изначально необходимо было решить задачу, заключающуюся в обосновании репрезентативных выборок, которые явились бы достаточным и необходимым условием применения аппарата математической статистики.

Для решения этой задачи нами проведены исследования всего комплекса сварочно-монтажных работ с целью установления и выделения однородных (и постоянных) по производственным признакам совокупностей. Для этого были определены и изучены основные элементы монтажного производства, представленные в таблице 2.1.

Установлено, что при формировании генеральной совокупности сварных соединений за основу должна быть принята группировка по основным элементам производства, см. рисунок 2.1. Важнейшим вопросом группировки является выбор группировочных признаков (ГП). В качестве ГП нами приняты: марка стали, диаметр трубопровода или длина сварного соединения в металлоконструкции, толщина свариваемого металла, способ сварки, метод контроля. При формировании однородной совокупности на монтаже были также введены дополнительные признаки по элементам производства, например, тип монтажного подразделения, условия сварки, доступность к соединению и др.

Для формирования статистически однородной совокупности сварных соединений разработан алгоритм, учитывающий особенности строительно-монтажного производства. Например, сварные соединения стыков диаметром от 350 до 500 мм с толщиной стенки от 6,0 до 8,0 мм, изготовленные ручной дуговой сваркой (РДС), составляют однородную базовую совокупность (БС) стыков, а объекты, где выполняют сварку этих стыков, являются пространством случайных событий с определенными условиями.

За единицу БС принят сварочный стык или участок стыка. Элементы производства и их группы для каждой совокупности должны изменяться незначительно и образовывать i-ю строительно-монтажную серию стыков, изготавливаемую за определенный цикл работы, в определенных факторных условиях конкретной монтажной организацией.

Математически формирование (БС) описывается следующей моделью:

СМК  ОС  СП  ЭП  ГЭ  ГП,

_{n m n m}

где СП =  ЭП_i, ЭП_i =  ГП_j или СП =   ГП_ij ,

^{i=1 j=1 i=1 j=1}

ГРУППИРОВОЧНЫЕ ПРИЗНАКИ

Рисунок 2.1 – Блок-схема формирования базовой совокупности стыков

или в матричной форме:

ЭП₁ + ЭП₂ + ... + ЭП_i

  

ГП₁₁ + ГП₂₁ + ... + ГП_i1

  

ГП₁₂ + ГП₂₂ + ... + ГП_i2 = N_БСi, (2.1)

  

... ... ...

  

ГП_1j + ГП_2j + ... + ГП_ij

где N – количество элементов, входящих в БС,

 

i = 1, n; j = 1, m

Величина N может быть как конечной, так и бесконечной. В нашем случае N представляет общий объем стыков i-ой базовой партии, сваренной в течение определенного промежутка времени: недели, месяца, квартала и т.д.

Таблица 2.1 – Основные элементы сварочно-монтажного производства

Элементы монтажного производства	Группы элементов
Тип подразделения	Монтажное управление (МУ), завод
Организация сварки	Сварщики в составе комплексной бригады (КБ), сварочный участок (СВУ), сварочный пост
Место работы	Открытые объекты: трасса, здание, металлоконструкции и закрытые объекты: цеха заводов, базы
Диаметры труб	От 12 до 1420 мм
Толщина труб	от 2 до 32 мм
Материал труб	Ст.10, 20, 2, 3, 4, 14Г2C, 15ГСНД, 12Г2С, 16Г2АФ и др.
Способы сварки	РДС, РАДС, ГС, П/АФ, механизированная в СО2+Аr и др.
Условия сварки и доступность к сварным соединениям	На высоте, на земле, в траншеях
Сварочные материалы	УОНИ 13/45-55, АНО-6, МР-3, Св08Г2С, Св08 и др.
Параметры режимов	J, U, V (сварка 1, 2 и т.д. слоев),  электродов
Положение при сварке	Поворотное, неповоротное, труба-арматура, прямая врезка, детали трубопровода (тройник, отвод, переход)
Квалификация сварщиков	Разряд, стаж, возраст, тренированность
Методы контроля	Внешний осмотр и измерения, рентгенография, гаммаграфия, ультразвуковой контроль (УЗК), цветной контроль и др.
Оценка качества	ИСО-3834(1–6), ВСН 012-88 Магистральные трубопроводы, промысловые трубопроводы; СНиП 3.05.02-88 Газоснабжение; СНиП 3.03-81 и др.
Квалификация оператора-дефектоскописта	Разряд, стаж, тренированность, возраст
Компетенция ИТР по сварке и дефектности	Квалификация, стаж

Таким образом, формирование базовой совокупности стыков можно описать формулой:

N_БСi = f (ЭП по ГП), (2.2)

_{n n m}

при условии, что  ЭП_i = const,   ГП_ij = const

^{i=1 i=1 j=1}

Основными условиями при формировании i-й БС в условиях монтажной сварки должны быть:

– учет существующей специфики явлений и процессов на объекте (объектах) сборочно-сварочных работ;

– идентичность условий сварки;

– объективность и независимость контроля;

– неизменность или по крайней мере достаточно малая изменяемость основных производственных и технологических факторных условий.

Таким образом, к статистически однородным группам – базовым партиям стыков, относятся стыки, имеющие сходные конструктивные, технологические и эксплуатационные признаки (диаметр-длина сварного соединения, типоразмер, способ и условия сварки, присадочный материал, квалификация исполнителей, степень ответственности соединений, тип монтажной организации, способ контроля и т.д.).

От известного определения партии продукции по ГОСТ 15895-70 введенное нами понятие базовой партии отличается тем, что продукция партии может быть изготовлена на разных объектах и в разное время. Обязательным при изготовлении базовой партии является наличие единой технической документации.

Рассмотрим примеры формирования базовых партий стыков или БС.

Фундаментом любой i-й БС является группировка по элементам свариваемых конструкций. Пример группировки стыков по типоразмерам трубопроводов и металлоконструкций представлен в таблице 2.2.

Каждая группа сварных соединений имеет одинаковую марку стали, конструкцию соединений, форму разделки кромок, единый технологический процесс сборки. Диаметры (длины) стыков по наружному измерению отличаются незначительно, а по толщине – в основном на 2 мм.

Немаловажное значение имеет группировка по организации сварочно-монтажных работ и подразделениям. Все монтажные подразделения можно разделить на две группы.

Таблица 2.2 – Пример группировки стыков по типоразмерам, способам сварки и методам контроля

Номер БС	Диаметр / длина стыка, мм	Толщина, мм	Метод контроля	Способ сварки
1	57 – 113/150 – 300	3,0 – 4,0	Вк, Рг, Гг, УЗК	Г, Р, П-з
2	114 – 218/300 – 600	4,0 – 6,0	Вк, Рг, Гг, УЗК	Г, Р, П-з
3	219 – 349/600 – 1200	6,0 – 8,0	Вк, Рг, Гг, УЗК	Г, Р, П-з
4	350 – 524/1200 – 1800	8,0 – 12,0	Вк, Рг, Гг, УЗК	А–Ф, Р, П-з
5	525 – 804/1800 – 2700	12,0 – 16,0	Вк, Рг, Гг, УЗК	А–Ф, Р, П-з
6	805 – 1420/  2700	≥ 16,0	Вк, Рг, Гг, УЗК	А–Ф, Р, П-з
Примечание – Вк – визуально, Рг – рентгенография, Гг – гаммаграфия, УЗК – ультразвук, Г – газовая, Р – ручная дуговая, П-з – полуавтоматическая в защитных газах; А–Ф – автоматическая под флюсом

К первой группе, имеющей в свою очередь четыре подгруппы, относятся заводы, где организация сварочных работ приближена к условиям промышленного предприятия. Заводы изготавливают (по своему профилю) преимущественно однотипную продукцию. Например, трубный цех – различную номенклатуру систем трубопроводов (котельные, газораспределительные станции, трубные узлы и детали, системы трубопроводов для горячего и холодного водоснабжения и т.п.); вентиляционный цех – сварную вентиляцию; цех металлоконструкций – различные балки, фермы, решетки; цех емкостей – различные емкости, сосуды, резервуары. Характер работ и их условия по каждой подгруппе сравнительно идентичны.

Ко второй группе относятся монтажные управления (МУ), участки, выполняющие комплекс подготовительных, сборочных и сварочных работ в условиях строительной площадки объекта.

Примеры группировки по другим элементам сварочно-монтажного производства приведены в таблицах 2.3 – 2.5.

Таким образом, систематизируя все группы элементов по группировочным признакам, можно с достаточной для практических условий точностью описать каждую совокупность базовой партии стыков (БС).

Таблица 2.3 – Пример группировки по назначению систем трубопроводов

требованиям и ответственности

Ответственные	Не ответственные
Подведомственные Госпромнадзору	Не подведомственные
Требования СНиП
Правила устройства и безопасной эксплуатации (ПУБЭ) технологических трубопроводов		Ш-1.9-62
Правила устройства трубопроводов (ПУТ) пара и горячей воды		Ш-В.5-62
Правила устройства и безопасной эксплуатации (ПУБЭ) сосудов		Ш-30-74
ПУБЭ котлов		Ш-Г.7-66 (Швы горизонтальные )

Таблица 2.4 – Группировка по системе и методам контроля

Неразрушающие методы контроля (НМК)	Разрушающие методы контроля (РМК)
Внешний осмотр и измерения	Механические испытания на растяжение
Рентгенография	Испытания на пластичность
Гаммаграфия	Испытания на угловой загиб
Ультразвуковой контроль	Испытания на ударную вязкость
Цветной контроль	Испытания на прочность и плотность

Таблица 2.5 – Группировка по условиям сварки на монтажных объектах

I	II	III	IV
Нижнее положение (поворотное)	Потолочное положение (неповоротное)	Вертикальный шов на вертикальной плоскости (неповоротное)	Горизонтальный шов на вертикальной плоскости (неповоротное)
1 На земле	1 На высоте	1 На земле	1 На земле
	2 В траншее	2 На высоте	2 На высоте
	3 Внутри сосуда	3 В траншее	3 В траншее
	4 На земле	4 Внутри сосуда	4 Внутри сосуда