Kontrola i sterowanie jakością przy produkcji butelek szklanych

1. WSTĘP

Szkło w życiu człowieka od najdawniejszych przebadanych czasów odgrywało wielką rolę, odgrywa obecnie i będzie bez wątpienia odgrywało ją w przyszłości. Opakowania szklane spełniają czołową rolę przy zabezpieczaniu pożywienia - drugiej podstawowej potrzeby człowieka. Występują one w postaci pojemników różnego kształtu, wymiarów, pojemności i barwy służąc z wielkim powodzeniem do długoterminowego, nawet wieloletniego przechowywania i dalekiego transportu produktów spożywczych i używek. O przydatności decyduje chemiczna odporność, tj. dostateczna objętość szklanych ścianek pojemnika w stosunku do zawartej w nim substancji. Ze względu na zastosowanie opakowań szklanych istotną rolę odgrywa ich jakość. Zależy ona z całą pewnością od sporządzenia mieszaniny surowców szklarskich, rodzaju stosowanych materiałów ogniotrwałych oraz od przebiegu temperatury podczas procesu topnienia i formowania. Cały proces produkcyjny od momentu przygotowania surowców poprzez wytapianie masy szklanej, formowanie i odprężanie butelek po pakowanie i magazynowanie podlega kontroli jakościowej osób obsługujących maszyny i urządzenia znajdujące się w dziale produkcji. Bardzo wiele zależy tu o kwalifikacji i doświadczenia personelu, który dokonuje oględzin zewnętrznych i badania zgodnie z obowiązującymi normami państwowymi lub branżowymi. Dużą rolę odgrywa też kontrola przebiegu procesu technologicznego sprowadzająca się do badania surowców i półfabrykantów, formy i materiałów pomocniczych oraz parametrów technologicznych procesu. Wytwarzając różnego rodzaju wyroby szklane często mamy do czynienia z sytuacją, że część z nich nie spełnia stawianych im wymagań. Zwykle też jest tak, że wady, które powodują zaklasyfikowanie określonych wyrobów do braków, są różne i powodowane przez rozmaite przyczyny. Za wadliwe uważa się butelki z:

• niejednorodnością szkła,

• asymetrycznością pionową,

• zbyt cienkim dnem,

• pęknięciami w główce,

• zbyt grubym dnem,

• rysami na korpusie,

• pęcherzami w szkle,

• odpryskami szkła,

• niewykształconą wklęsłością dna,

• pionowymi pęknięciami w szyjce.

2. CEL I ZAKRES PRACY

Opracowanie wykonano w celu dobrania odpowiednich metod kontroli i sterowania jakością, które można wykorzystać do procesu produkcyjnego butelek szklanych.

W pracy projektowej zostały przedstawione wyniki badań i pomiarów prowadzone w przedsiębiorstwie.

Projekt zawiera opis procesu technologicznego produkcji butelek wraz ze schematem blokowym ideowym i technicznym. Zasygnalizowane też są problemy pojawiające się podczas procesu i próby ich rozwiązania. Otrzymane wyniki przedstawione są w postaci metod graficznych w oparciu o wykres Pareto - Lorenza i diagram Ishikawy w ujęciu 5M oraz technologicznym. Zamieszczone są również opracowane propozycje dążące do wyeliminowania wad butelek szklanych powstałych w czasie produkcji.

3. KRÓTKA CHARAKTERYSTYKA OPAKOWAŃ SZKLANYCH

WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE I FIZYCZNE

Butelki szklane zawdzięczają swoją dominującą pozycję wśród ogółu opakowań swoistym właściwościom szkła, przede wszystkim jego wysokiej obojętności wobec przechowywanych produktów, możliwości zabezpieczania ich przed działaniem czynników zewnętrznych oraz stosunkowo niskiemu kosztowi. Produkcja butelek wcale nie należy do prostych i łatwych i wymaga daleko idącej specjalizacji zakładów. Produkowane butelki szklane muszą mieć dużą odporność na działanie wody, kwasów i zasad oraz małą ilość składników, które mogłyby działać szkodliwie na zawartość naczyń. Skład chemiczny szkła jest czynnikiem stałym i zmienia się tylko w minimalnym stopniu. Z właściwości fizycznych butelek szklanych niezmiernie ważne jest ich odporność na nagłe zmiany temperatury, która zależy od takich czynników jak: skład chemiczny szkła, jego jednorodność chemiczna i termiczna, kształt, grubość ścianek, stopień odprężenia itp.

Bezbarwne butelki szklane dobrze przepuszczają promienie świetlne. Gęstość szkła w tych opakowaniach wynosi od 2,39 - 2,51 g/cm³, wytrzymałość na ściskanie 60 - 125 kG/mm², wytrzymałość na rozrywanie 3.5 - 9.0 kG/mm², a odporność na nagłe zmiany temperatury waha się w przedziale 100 - 200 C⁰.

4. OPIS ZASTOSOWANYCH NARZĘDZI JAKOŚCI

4.1 Diagram Pareto-Lorenza

Opiera się on na stwierdzonej empirycznie prawidłowości, że w przyrodzie, technice, działalności człowieka itp. 20% przyczyn decyduje o 80% skutków. Zidentyfikowanie tych przyczyn pozwala na wyznaczenie kierunków działań, które szczególnie efektywnie mogą przyczynić się do doskonalenia procesów i podnoszenia jakości wyrobów.

4.2 Wykres przyczynowo - skutkowy Ishikawy

Stanowi graficzne przedstawienie powiązań między czynnikami działającymi na proces i skutkami, które one powodują. Jest pomocny przy rozwiązywaniu problemów, jakie mogą wystąpić w procesie produkcyjnym. Podstawową zasadą metody Ishikawy jest znalezienia miejsca (przyczyny) powstawania błędu, a następnie jego eliminacja i zastosowanie środków pozwalających na nie dopuszczenie do ponownego pojawienia się.

5. OPIS PROCESU PRODUKCYJNEGO BUTELEK SZKLANYCH

5.1 Opis produkcji butelek szklanych

5.1.1 Składowanie i krótka charakterystyka surowców stosowanych do produkcji

butelek

Surowce są dostarczane w postaci wymagającej dalszej obróbki, tj. odpowiedniego przygotowania. Do otrzymywania masy szklanej odpowiedniej jakości używa się częściowo surowców naturalnych, częściowo zaś produktów przemysłowych. Przy doborze surowców należy brać pod uwagę: skład chemiczny, uziarnienie, szkodliwość zanieczyszczeń występujących w surowcach i łatwość topnienia. Do produkcji bezbarwnych butelek szklanych używa się piasków kwarcowych o zawartości Fe₂O₃ do 0.06%, tlenku glinowego, mączki wapiennej o zawartości Fe₂O₃ do 0.1% i dolomitu o zanieczyszczeniu Fe₂O₃ do 0.1% .Do wytapiania szkła oprócz surowców podstawowych używa się substancji, które spełniają rolę środków klarujących i przyspieszających topnienie. Niezbędne jest też przygotowanie stłuczki szklanej obcej, która powinna być czysta i mieć skład chemiczny przybliżony do topionych szkieł oraz jednakową barwę. Nie może zawierać zanieczyszczeń metalowych, porcelanowych i innych.

5.1.2 Przygotowanie surowców

Do operacji mających na celu przygotowanie surowców do dalszej produkcji należy suszenie i ewentualne przesiewanie piasku oraz płukanie, czyszczenie i przebieranie stłuczki obcej.

5.1.3 Sporządzanie zestawu

Sporządzanie zestawu, to jest mieszaniny surowców szklarskich obejmuje takie operacje jak odważanie według recepty poszczególnych surowców uprzednio przygotowanych, transport odważonych surowców do mieszarek i wymieszanie oraz dostarczenie przygotowanego zestawu do pieca topliwego. Do sporządzania zestawu stosuje się urządzenia automatyczne zwane zasobnikiem dennozsypnym z wagami automatycznymi. Do transportu zestawu stosuje się przenośniki taśmowe, których zaletą jest to, że nie powodują rozwarstwienia się zestawu.

5.1.4 Topnienie masy

W tym stadium procesu produkcji butelek szklanych w wyniku przemian chemicznych i fizycznych przebiegających w wysokiej temperaturze z mieszaniny surowców szklarskich otrzymuje się mamę szklana przydatną do formowania wyrobów. W czasie wytapiania szkła z surowców odbywają się różne reakcje i procesy. Można tu wyróżnić takie procesy jednostkowe jak reakcje w fazie stałej między poszczególnymi surowcami, tworzenie się soli podwójnych i różnych krzemianów, dysocjację węglanów, powstanie łatwo topliwych eutektyk i stopów krzemianów, rozpuszczenie się w powstałym roztopie nieprzereagowanych ziaren piasku i w wyniku tego tworzenie się szkła, klarowanie i ujednorodnienie powstałej masy szklanej, w końcu studzenie jej do odpowiedniej temperatury, w której masa szklana ma żądaną lepkość pozwalającą na formowanie wyrobów. Topnienie masy szklanej do produkcji butelek odbywa się w piecach wannowych o ruchu ciągłym. Piece są wyposażone w odpowiednią aparaturę kontrolno - pomiarową, pozwalającą utrzymywać stałość parametrów topienia. Głębokość basenu części topliwnej dla szkła bezbarwnego wynosi od 1,0 do 1,2m. Głębokość części wyrobowej jest mniejsza o 0,3 do 0,4 metra od głębokości basenu części topliwnej.

5.1.5 Formowanie butelek

W czasie tego procesu nadaje się gorącej porcji szkła przez oddziaływanie mechaniczne lub pneumatyczne żądany kształt, który utrwala się przez obniżenie temperatury. Butelki szklane są formowane z masy szklanej dwoma metodami: przez wydmuchiwanie i wytłaczanie. Metoda pierwsza polega na rozdmuchiwaniu porcji masy szklanej przez wtłaczanie powietrza do jej wnętrza lub wywoływanie próżni w formie, w której nadaje się masie szklanej pożądany kształt. Odbywa się to za pomocą piszczeli. Metoda wytłaczania polega na działaniu nacisku wytłocznika na masę szklaną znajdującą się w formie. Formowanie odbywa się za pomocą półautomatów.

5.1.6 Odprężanie

Jest to proces obróbki cieplnej, polegający na powolnym studzeniu wyrobów po uformowaniu, aby zapobiec powstawaniu naprężeń wewnętrznych lub wygrzewania ich w określonych temperaturach dla usunięcia powstałych naprężeń oraz dalszego powolnego studzenia. Do odprężania butelek szklanych stosuje się odprężarki taśmowe o ruchu ciągłym.

5.1.7 Kontrola jakości

Wyroby szklane po odprężeniu podaje się starannej kontroli, aby oddzielić wyroby wadliwe. Przy wytwarzaniu butelek w tym stadium kończy stadium kończy się proces technologiczny, są one już gotowe do użytku.

Kontrola jakości butelek polega na prowadzeniu tylko wyrywkowej kontroli wyrobów.

5.1.8 Pakowanie i magazynowanie

Po przeprowadzonej kontroli butelki są paletowane, a następnie magazynowane bądź wysyłane do odbiorców. Produkt jest dostarczany do odbiorców zgodnie z wymaganiami normy PN-81/-79700.

5.2 Schemat blokowy

6. ANALIZA WAD JAKOŚCIOWYCH BUTELEK SZKLANYCH

Przeprowadzono kontrolę wyrobu, która trwała dwa miesiące, skontrolowano 5 partii towaru (łącznie 3000 sztuk) i w 428 sztukach butelek zaobserwowano wady. Na podstawie zanotowanych danych stworzono arkusz oceny wadliwości produktu, przeprowadzono analizę częstotliwości występowania wad oraz stworzono diagram Pareto-Lorenza i wykres przyczynowo-skutkowy Ishikawy.

6.1 Arkusz oceny wadliwości produktu

Poniżej zamieszczony arkusz oceny wadliwości produktu powstał dzięki dokładnym zbieraniu danych z poszczególnych punktów kontrolnych na linii produkcyjnej. Obserwacje pochodzą z różnych partii wyrobu, dzięki temu wyniki są wiarygodne i przedstawiają wszelkie niedociągnięcia oraz błędy powstałe podczas produkcji butelek.

Tabela 1. Wykaz oceny wadliwości butelek szklanych

Lp.	Nazwa wady	Numer partii					Ilość
				1	2	3	4	5	(sztuki)
1.	Obserwowana niejednorodność szkła	40	43	39	42	32	196
2.	Asymetryczność pionowa	27	25	38	22	29	141
3.	Zbyt cienkie dno	9	6	7	5	9	36
4.	Pęknięcia w główce butelki	5	5	3	4	6	23
5.	Zbyt grube dno	2	1	3	3	2	11
6.	Rysy na korpusie butelki	3	1	1	2	1	8
7.	Pęcherze w szkle	1	2	2	1	1	7
8.	Odpryski szkła	1	0	0	1	1	3
9.	Niewykształcona wklęsłość dna	0	1	0	1	0	2
10.	Pęknięcia w szyjce	1	0	0	0	0	1
							Łącznie 428

6.2 Analiza częstości występowania wad

Tabela 2. Tabela częstości występowania wad w butelkach

Lp.	Przyczyny wad jakościowych szkła	Częstotliwość	Cz. Wzgl. (%)	Cz. Skum.	Cz. Wzgl. Skum.(%)
1.	Obserwowana niejednorodność szkła	196	45.79	196	45.79
2.	Asymetryczność pionowa	141	32.94	337	78.73
3.	Zbyt cienkie dno	36	8.41	373	87.14
4.	Pęknięcia w główce butelki	23	5.37	396	92.51
5.	Zbyt grube dno	11	2.57	407	95.08
6.	Rysy na korpusie butelki	8	1.88	415	96.96
7.	Pęcherze w szkle	7	1.64	422	98.60
8.	Odpryski szkła	3	0.71	425	99.31
9.	Niewykształcona wklęsłość dna	2	0.46	427	99.77
10.	Pęknięcia w szyjce	1	0.23	428	100
		Łącznie 428	Łącznie 100

Wykres 1. Diagram Pareto - Lorenza

Wykres 2. Wykres przyczynwo - skutkowy Ishikawy

1

---