Download ppt - Prezentare teza doctorat

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAŞOVFACULTATEA DE INGINERIE TEHNOLOGICĂ

Ing. Cezarina Adina NEDELEA TOFAN

CERCETĂRI PRIVIND FIABILITATEA SISTEMELOR TEHNOLOGICE DE PRESARE LA RECE

Teză de doctorat

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. dr. ing. Ion POPESCU

BRAŞOV2009

1. CONSIDERAŢII ASUPRA STADIULUI ACTUAL AL CERCETĂRILOR PRIVIND

FIABILITATEA SISTEMELOR TEHNOLOGICE DE PRESARE LA RECE

2. OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT 3. STUDII PRIVIND FIABILITATEA SISTEMELOR TEHNOLOGICE DE PRESARE LA

RECE

4. CERCETĂRI, PRIVIND FIABILITATEA ŞTANŢELOR, MATRIŢELOR ŞI PROCESELOR

TEHNOLOGICE DE PRESARE LA RECE PRIN METODE SIMULATE

5. METODE MODERNE DE ÎMBUNĂTĂŢIRE A FIABILITĂŢII ŞTANŢELOR,

MATRIŢELOR ŞI A PROCESELOR TEHNOLOGICE DE PRESARE LA RECE PRIN

PROIECTARE ASISTATĂ DE CALCULATOR

6. CERCETARI EXPERIMENTALE ŞI STUDII DE CAZ PRIVIND CAPABILITATEA ŞI

FIABILITATEA SISTEMELOR TEHNOLOGICE DE PRESARE LA RECE

7. CONCLUZII, CONTRIBUŢII PERSONALE, DEZVOLTĂRI VIITOARE ŞI MODALITĂŢI

DE VALORIFICARE A REZULTATELOR CERCETĂRILOR

CUPRINS

• Importanţa şi necesitatea studiului fiabilităţii tehnologice;

• Noţiuni de bază ale teoriei fiabilităţii sistemelor tehnologice

de presare la rece;

• Metode de estimare a indicatorilor de fiabilitate;

• Concluzii asupra stadiului actual al cercetărilor privind

fiabilitatea sistemelor tehnologice de presare la rece.

1. CONSIDERAŢII ASUPRA STADIULUI ACTUAL AL CERCETĂRILOR PRIVIND FIABILITATEA SISTEMELOR TEHNOLOGICE DE PRESARE LA RECE

Importanţa şi necesitatea studiului fiabilităţii tehnologice

1. CONSIDERAŢII ASUPRA STADIULUI ACTUAL AL CERCETĂRILOR PRIVIND FIABILITATEA S.T.P.R.

• Consideraţii istorice privind fiabilitatea tehnologică• Evoluţia cercetărilor în domeniul fiabilităţii

0

5

10

15

20

25

30

35

Mii

pag

ini

19

60

19

70

19

80

19

90

19

95

Ani

Control de calitate Fiabilitate Mentenabilitate

Evoluţia cercetărilor pe plan mondial în domeniul calităţii, fiabilităţii,

mentenabilităţii

0

2

4

6

8

10

Mii

pag

ini

1970 1980 1990 1995

Ani

Conducere Analiza Proiectare Teorie Testare

Evoluţia cercetărilor de fiabilitate pe plan mondial în ceea ce priveşte conducerea, analiza, proiectarea,

teoria şi testarea


Noţiuni de bază ale teoriei fiabilităţii proceselor tehnologice

• Definirea produsului şi procesului tehnologic • Caracteristici de fiabilitate

Intrări Ieşiri

ProcesMecanisme aplicate asupra intrărilor

pentru a crea rezultatele dorite şi a controla eventualele perturbaţii

Perturbaţii

PROCESDate de intrare Date de ieşire

EconomieEficienţă

Eficacitate

Etică

Factori de variaţiecontrolabili necontrolabili

Reprezentarea unui proces

Modelul 4E


• Indicatori de fiabilitate

INDICATORI DE FIABILITATE

Indicatori de fiabilitate ai elementelor Indicatori de fiabilitate ai sistemului

Indicatori de fiabilitate ai elementelor nereparabile

Indicatori de fiabilitate ai elementelor reparabile

Clasificarea indicatorilor de fiabilitate


• Repartiţii statistice utilizate în studiul fiabilităţii

f(t) F(t)

t t(b)(a)

5 0 5

0.5

1

pnorm t 0 0.5( )

pnorm t 0 1( )

pnorm t 0 2( )

t5 0 5

0.5

0.8

0

dnorm t 0 0.5( )

dnorm t 0 1( )

dnorm t 0 2( )

66 t

5 0 5

0.5

11

0

pnorm t 0 0.5( )

pnorm t 0 1( )

pnorm t 0 2( )

66 t5 0 5

0.5dnorm t 0 0.5( )

dnorm t 0 1( )

dnorm t 0 2( )

t

0 5 10

0.5

1

pexp t 0.5( )

pexp t 1( )

pexp t 2( )

t

0 1 2

1

22

0

dexp t 0.5( )

dexp t 1( )

dexp t 2( )

2.50 t

0 5 10

0.5

1

1.2

0

pexp t 0.5( )

pexp t 1( )

pexp t 2( )

100 t

0 1 2

1

2

dexp t 0.5( )

dexp t 1( )

dexp t 2( )

t

f(t) F(t)

t t(b)(a)


• Repartiţii statistice utilizate în studiul fiabilităţii

0 2 4 6

0.2

0.4

0.60.68

0

dlnorm t 0 1( )

dlnorm t 0.3 1( )

dlnorm t 1 1( )

dlnorm t 2 1( )

60 t

0 5 10 15 20

0.5

1

plnorm t 0 1( )

plnorm t 0.3 1( )

plnorm t 1 1( )

plnorm t 2 1( )

t

0 2 4 6

0.2

0.4

0.6

dlnorm t 0 1( )

dlnorm t 0.3 1( )

dlnorm t 1 1( )

dlnorm t 2 1( )

t

0 5 10 15 20

0.5

11

0

plnorm t 0 1( )

plnorm t 0.3 1( )

plnorm t 1 1( )

plnorm t 2 1( )

200 t

f(t) F(t)

t(b)(a)

t

0 1 2 3

0.5

1

pweibull t 0.5( )

pweibull t 1( )

pweibull t 2( )

pweibull t 4( )

t0 1 2 3

0.5

1

1.51.6

0

dweibull t 0.5( )

dweibull t 1( )

dweibull t 2( )

dweibull t 4( )

30 t

0 1 2 3

0.5

11

0

pweibull t 0.5( )

pweibull t 1( )

pweibull t 2( )

pweibull t 4( )

30 t0 1 2 3

0.5

1

1.5

dweibull t 0.5( )

dweibull t 1( )

dweibull t 2( )

dweibull t 4( )

tt

f(t) F(t)

t(b)(a)

γ = 0η = 0


Clasificarea incercarilor de fiabilitate

În cond. reale

Cond.similareComplete

Cenzurate

Trunchiate

Secvenţiale

Fără înlocuire

Cu înlocuire

Fără înlocuire

Cu înlocuire

După scop

Cu rol de diagnoză

Pt det..indicatorilor de fiabilitate

Pt contr. ind. de fiabilitate

Pt det. fiabilităţii operaţionale

După proc. de încercare

Normale

Accelerate

Graduale

După regimul de lucru

La nivelul lotului

La nivelul eşantionului

După volumul produselor

Nereparabile

Reparabile

După natura produselor

Încercări de fiabilitate


Achizitia si prelucrarea datelor experimentaleDate reale Date simulateObţinerea datelor de

fiabilitate

Analiza omogenităţii statistice

Validarea caracterului aleator

Eliminarea valorilor aberanteObţinerea datelor de fiabilitate

Reprezentarea grafică a datelor Calculul indicatorilor statistici empirici

Adoptarea unui model statistic

Estimarea parametrilor modelului statistic

Validarea modelului statistic

Adoptarea modelului statistic optim Estimarea indicatorilor de fiabilitate

Caracterul esenţial şi vital al bunei funcţionări a anumitor

produse/procese/sisteme tehnologice de presare la rece şi necesitatea absolută

de a îndeplini misiunea dată, în special în cazul în care sunt implicate şi

probleme de securitate.

Non-fiabilitatea este în strânsă legătură cu variabilitatea proceselor de fabricaţie,

variabilitatea condiţiilor de mediu sau de exploatare.

Dezvoltarea teoriei fiabilităţii influenţează direct calitatea performanţelor şi costul

produselor, proceselor şi sistemelor, iar în mod indirect calitatea şi costul

serviciilor realizate prin intermediul acestora.

Reglajul periodic al sistemelor tehnologice de presare la rece, dar şi mentenanţa,

permit restabilirea, în anumite limite, a performanţelor iniţiale ale sistemelor

tehnologice de presare la rece.


Concluzii

2. OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT

Tendinţe actuale ale cercetărilor privind fiabilitatea Sistemelor tehnologice de presare la rece

- Din ce în ce mai mult, beneficiarii înscriu în clauzele contractuale condiţii

ce vizează aspecte ale fiabilităţii.

- Conceptul de fiabilitate este în mod natural inclus în conceptul filosofiei de

calitate, întrucât caracteristica performanţei de fiabilitate alături de alte

caracteristici de fiabilitate, defineşte calitatea produsului respectiv.

- În ultimele două decenii una dintre direcţiile prioritare ale managementului

calităţii în general, a fost găsirea celor mai adecvate procedee cantitative

de a descrie şi apoi a influenţa evoluţia proceselor de fabricaţie cu adresă

directă la fiabilitatea acestora.


Delimitarea domeniului de cercetare

Analiza fiabilităţii şi capabilităţii sistemelor tehnologice de presare la

rece, cu focalizare pe determinarea relaţiilor analitice de calcul a

fiabilităţii proceselor tehnologice pe baza indicilor de capabilitate;

Abordarea unor solutii moderne de proiectare asistata de calculator a

sistemelor tehnologice de presare la rece ;


Ca urmare a concluziilor rezultate din studiul efectuat

asupra stadiului actual al cercetărilor privind fiabilitatea

produselor şi proceselor tehnologice de presare la rece,

obiectivele cercetării sunt: 1. Studii privind fiabilitatea sistemelor tehnologice de presare la

rece

2. Cercetări privind fiabilitatea sistemelor tehnologice de presare

la rece prin modele simulate;

3. Metode de îmbunătăţire a fiabilităţii sistemelor tehnologice de

presare la rece prin proiectare asistată de calculator;

4. Cercetări experimentale şi/sau simulate şi studii de caz privind

capabilitatea şi fiabilitatea sistemelor tehnologice de presare la

rece.

3. STUDII PRIVIND FIABILITATEA PROCESELOR TEHNOLOGICE

Principalele probleme abordate:

- Studiu privind durabilitatea stanţelor si matriţelor- Studiul privind estimarea fiabilitatii previzionale a

ştanţelor şi matriţelor- Evaluarea fiabilităţii experimantal-operaţionale a

ştanţelor şi matriţelor- Studiul fiabilităţii ştanţelor şi matriţelor prin metoda

analizei modurilor de defectare, a efectelor si cauzelor (AMDEC)

- Studiu privind fiabilitatea proceselor tehnologice de presare la rece


Factori de care depinde durabilitatea stanţelor si matriţelor


Obiectivele fiabilităţii unui produs


Parametrii fiabilităţii


Indicatori de fiabilitate ai sistemului de ştanţe modulate pentru operaţiile de : a - decupare, b - perforare


Curbele de probabilitate a funcţionării fără defecţiuni la:a – perforare; - b. – decupare lentă p’(t) pentru căderi bruşte; cursa p’’(t) pentru căderi datorate uzurii elementelor active - probabilitatea funcţionării fără, defecţiuni, respectiv intensitatea defecţiunilor, pentru legea de distribuţie normală

4. CERCETĂRI PRIVIND FIABILITATEA PROCESELOR TEHNOLOGICE DE PRESARE LA RECE PRIN METODE SIMULATE

In cadrul acestui capitol au fost abordate urmatoarele probleme:

1. Bazele teoretice ale metodelor de simulare 2. Simularea proceselor tehnologice de presare la rece

3. Asigurarea calităţii şi fiabilităţii ştanţelor şi matriţelor prin metoda simulării

Durabilitatea stanţelor şi matriţelor se estimează cantitativ prin numărul de piese realizate până la uzura totală a elementelor active, care se pune în evidenţă prin imposibilitatea recondiţionăm elementelor componente active şi prin valorile necorespunzătoare ale dimensiunilor prescrise ale pieselor stanţate. Această situaţie care apare se caracterizează prin apariţia rebuturilor nerecuperabile, care este precedată de apariţia rebuturilor de calitate inferioara a pieselor (bavuri la decupare şi perforare, zgârieturi la ambutisare, îndoire etc).

4. CERCETĂRI, PRIVIND FIABILITATEA ŞTANŢELOR, MATRIŢELOR ŞI PROCESELOR TEHNOLOGICE DE PRESARE LA RECE PRIN METODE

SIMULATE

Piesa supusă simulării

Simularea procesului de deformare pentru jumătate de piesă (Autoform)


SIMULATE

4. CERCETĂRI PRIVIND FIABILITATEA PROCESELOR TEHNOLOGICE DE PRESARE LA RECE PRIN METODE SIMULATE

Simularea procesului de deformare la 60 mm de punctul

mort inferior


mort inferior


mort inferior


mort inferior


SIMULATE

Eforturile le care a fost supus semifabricatul pentru a obţine piesa dorită


SIMULATE

5. METODE MODERNE DE ÎMBUNĂTĂŢIRE A FIABILITĂŢII ŞTANŢELOR, MATRIŢELOR ŞI A PROCESELOR TEHNOLOGICE DE PRESARE LA RECE PRIN


1. Proiectarea parametrilor proceselor tehnologice

de presare la rece

2. Optimizarea proiectării asistate de calculator a

ştanţelor şi matriţelor

3. Solutii moderne de proiectare asistata de

calculator a sistemelor tehnologice de presare la rece

4. Imbunătăţirea fiabilităţii ştanţelor şi matriţelor

prin proiectare robustă, asistată de calculator

5. METODE MODERNE DE ÎMBUNĂTĂŢIRE A FIABILITĂŢII ŞTANŢELOR, MATRIŢELOR ŞI A PROCESELOR TEHNOLOGICE DE PRESARE LA RECE

PRIN PROIECTARE ASISTATĂ DE CALCULATOR

Procesul de concepţie şi proiectare în

subsistemul CAD

Structura generala a

unui sistem CAD



Conceptul PLM (Product Lifecycle Management) al CATIA V5



Modelele structurale create cu sisteme CAD, sunt importate apoi într-un program de analiză cu element finit pentru a crea matricile de material şi de rigiditate, distribuţia solicitărilor din material, modurile de deformare şi coeficienţii de corecţie ai tensiunilor. Setul de date rezultat este utilizat de programul de simulare dinamică a ştanţelor şi matriţelor, rezultând încărcările componentelor, care sunt combinate cu coeficienţii de corecţie, pentru a crea solicitările şi tensiunile în zonele critice ale elementelor componente.

Proiectarea asistata presupune conceperea unui automobil complet. O singură componenta şi anume pavilionul automobilului după ce a fost proiectat in baza specificaţiilor date de designer el trebuie astfel gândit ca sa răspundă cerinţelor acestuia precum şi cerinţelor tehnologice pentru a putea fi executat.

Piesa tehnologică precum si aspectul conceput de designer sunt realizate cu ajutorul soft-urilor performante de tip CATIA, UNIGRAPHICS etc.

Piesa finală ce trebuie

obţinută tehnologic

Operaţia de ambutisare





Operaţia de tundere 1

Forma semifabricatului care intră în ştanţa de tundere este data de simulare pe conturul alb iar cu linie roşie este dat conturul de tundere la această operaţie.

Tundere doi şi perforarile necesare pentru prinderi în partea stângă a piesei



Puncte de măsură pe baza cărora s-a

ridicat fişa de măsurări

6. CERCETĂRI EXPERIMENTALE ȘI STUDII DE CAZ PRIVIND CAPABILITATEA ŞI FIABILITATEA SISTEMELOR TEHNOLOGICE DE

PRESARE LA RECE

1.Studiu de caz privind capabilitatea proceselor de presare la rece.

2.Metodologia de prelucrare şi interpretare a datelor

experimentale/simulate.

- Prelucrarea şi interpretarea datelor experimentale/simulate

- Studiu de caz privind estimarea fiabilităţii sistemelor tehnologice

de presare la rece

3.Studiu privind capabilitatea procesului de presare la rece


PRESARE LA RECE

Simularea corelaţiei capabilitate – fiabilitate se bazează pe generarea a 3000 de valori. Înlocuind valorile simulate ale indicilor de capabilitate, se obţine corelaţia capabilitate – fiabilitate – nonfiabilitate a proceselor tehnologice.

Fiabilitatea pentru valori ale indicilor Cp şi Cpk cuprinse

între 0.8 şi 1

Nonfiabilitatea pentru valori ale indicilor Cp şi Cpk cuprinse

între 0.8 şi 1


PRESARE LA RECE

Fiabilitatea pentru valori ale indicilor Cp şi Cpk cuprinse între 0,8 şi 1,33

Nonfiabilitatea pentru valori ale indicilor Cp şi Cpk cuprinse între 0,8 şi 1,33


PRESARE LA RECE

Corelaţia capabilitate – fiabilitate în cazul indicilor Cp şi Cpk

Corelaţia capabilitate – nonfiabilitate în cazul indicilor Cp şi Cpk


PRESARE LA RECE

Puncte de măsurări pentru determinarea

indicelui de capabilitate


PRESARE LA RECE

7. CONCLUZII

Principalele contribuţii originale ale lucrării :

În urma studiului efectuat asupra stadiului actual al cercetărilor privind fiabilitatea produselor şi proceselor tehnologice, se constată următoarele:

Fiabilitatea reprezintă o disciplină inginerească strâns legată de teoria probabilităţilor şi de statistica matematică;

Modelarea şi estimarea fiabilităţii unui sistem reprezintă o problematică puternic materializată, dar asigurarea unui anumit nivel al fiabilităţii este o problemă de tip tehnologic;

Prin capacitatea sa de a constitui un catalizator al eficacităţii unui sistem, fiabilitatea tinde să devină un concept integrator al eforturilor de organizare şi ameliorare a sistemelor. Noua dimensiune a raporturilor în triada calitate - fiabilitate - productivitate sunt relevante în acest sens.

7. CONCLUZII

Lucrarea este utilă atât în faza de proiectare a fiabilităţii proceselor

tehnologice de presare la rece, cât mai ales în situaţia în care se doreşte o

evaluare a fiabilităţii acestor procese în exploatare.

Conţinutul lucrării se poate dezvolta prin:

• stabilirea unor funcţii de corelare pentru diferitele tipuri de procese tehnologice

de presare la rece, în vederea proiectării robuste dinamice a acestora;

• utilizarea încercărilor accelerate pentru obţinerea mai rapidă a datelor necesare

predicţiei fiabilităţii diferitelor procese tehnologice de presare la rece;

• stabilirea funcţiilor de performanţă pentru elementele componente ale ştanţelor

şi matriţelor, în vederea modelării fiabilităţii geometrice a acestora;

• integrarea într-o reţea de calculatoare a programelor destinate proiectării

asistate de calculator pentru asigurarea fiabilităţii ştanţelor şi matriţelor.

Pornind de la proiectarea clasică a ştanţelor şi matriţelor această lucrare

urmăreşte să îmbunătăţească tehnologia, să reducă variabilitatea procesului şi

implicit costul produselor prin aplicarea unor procese moderne de analiză şi

proiectare.

7. CONCLUZII

De asemenea se constată că:- apare necesitatea întocmirii schemei bloc pentru sistemele complexe pe baza căruia să se elaboreze scheme logice de calcul al fiabilităţii;- se impune necesitatea studiului fiabilităţii sistemelor tehnologice ca sisteme complexe;- se impune să se facă un studiu privind influenţa factorilor constructivi-tehnologici asupra fiabilităţii sistemelor tehnologice;- este necesar să se stabilească metode şi soluţii constructiv-tehnologice, care să faciliteze creşterea fiabilităţii sistemelor tehnologice.

Au fost sintetizate tehnicile proiectării robuste şi au fost dezvoltate etapele proiectării robuste a proceselor tehnologice de presare la rece. S-a studiat modelarea fiabilităţii ştanţelor şi matriţelor, aceste scule având cel mai important rol în asigurarea fiabilităţii proceselor tehnologice de presare la rece.

Au fost definite conceptele de simulare şi modelare cu calculatorul precum şi importanţa acestora în studiul fiabilităţii proceselor tehnologice de presare la rece.

7. CONCLUZII

Este subliniata expresia concisă a cercetărilor efectuate de autor pentru a stabili factorii care influenţează fiabilitatea ştanţelor şi matriţelor. Au fost stabiliţi principalii factori care măresc, respectiv micşorează fiabilitatea acestora.

Au fost efectuate măsurări pentru a compara fiabilitatea calculată cu cea reală.

S-a studiat prin simulare conceptul de prelucrabilitate tehnologică a operaţiei de ambutisare şi în urma simulării s-a intervenit în proiectarea ştanţei introducând o operaţie suplimentară de ambutisare care deforma tabla fără subţierea voită a materialului. Acest lucru a fost sugerat de calculele pe care le-a efectuat programul Ansys şi care a respectat condiţia impusă suplimentar de a nu depăşi coeficientul de elasticitate al materialului. S-a modelat statistic fiabilitatea ştanţelor şi matriţelor. Modelarea a fost realizată atât printr-o analiză globală a fiabilităţii acestor scule, cât şi printr-o analiză structurală.

7. CONCLUZII

Conţinutul lucrării se poate dezvolta prin:• stabilirea unor funcţii de corelare pentru diferitele tipuri de procese tehnologice de presare la rece, în vederea proiectării robuste dinamice a acestora;• utilizarea încercărilor accelerate pentru obţinerea mai rapidă a datelor necesare predicţiei fiabilităţii diferitelor procese tehnologice de presare la rece;• stabilirea funcţiilor de performanţă pentru elementele componente ale ştanţelor şi matriţelor, în vederea modelării fiabilităţii geometrice a acestora;• integrarea într-o reţea de calculatoare a programelor destinate proiectării asistate de calculator pentru asigurarea fiabilităţii ştanţelor şi matriţelor. Pornind de la proiectarea clasică a ştanţelor şi matriţelor această lucrare urmăreşte să îmbunătăţească tehnologia, să reducă variabilitatea procesului şi implicit costul produselor prin aplicarea unor procese moderne de analiză şi proiectare.

Rezultatele teoretice şi aplicative ale cercetărilor efectuate în cadrul tezei de doctorat pot conduce în viitor la dezvoltarea următoarelor direcţii de studiu:

Pe baza conceptelor prezentate în lucrare cu privire la stadiile de realizare a sistemelor tehnologice de presare la rece, o direcţie de dezvoltare a studiilor din prezenta lucrare o constituie realizarea unor modele standard de descompunere structurală a activităţilor specifice unor clase de proiecte, care să înglobeze procese de stabilire a costurilor.

7. CONCLUZII

Realizarea unor produse software specifice, ar permite o detaliere şi rafinare a modului de planificare a acestor tipuri de proiecte, cu efecte evidente în eficacitatea şi calitatea proiectelor respective. De asemenea, ar fi utilă, pe baza principalelor categorii de riscuri definitive în lucrare, identificarea şi particularizarea riscurilor aferente diferitelor tipuri de sisteme tehnologice de presare la rece.

Dezvoltarea bazelor de date privind sistemele tehnologice de presare la rece

Identificarea şi estimarea parametrilor repartiţiilor statistice utilizate şi a indicatorilor de fiabilitate pentru sistemele tehnologice de presare la rece din ţara noastră.

Rezultatele cercetărilor efectuate pe parcursul realizării tezei de doctorat au fost valorificate prin elaborarea, ca unic autor, unui număr de 20 lucrări ştiinţifice, publicate în reviste de specialitate şi 15 participari la simpozioane internaţionale.

VĂ MULŢUMESC!