Белгородская область, Россия
ГРНТИ 06.01 Общие вопросы экономических наук
ББК 65 Экономика. Экономические науки
Приведены результаты статистического анализа прочности портландцемента типа ЦЕМ I 42.5Н, выпускаемого отечественными предприятиями. Рассчитаны индексы возможно-стей технологических процессов производства заводов, использующих разные способы произ-водства цемента. Даны рекомендации по использованию индексов возможностей процессов в управлении качеством продукции.
портландцемент, статистическая обработка данных о качестве, поле допуска, индексы воз-можностей процессов, уровень брака.
Цементная промышленность по праву считается одним из ведущих направлений промышленности строительных материалов, поскольку производит вяжущие, применяемые вшироком спектрематериалов и изделий для жилищного и промышленного строительства, возведения объектов инфраструктуры [1-3]. Наряду с бетоном цемент является вторым после воды наиболее употребляемым ресурсом на земле: ежегодно его потребление на нашей планете составляет около 1 тонны на человека [1].
История промышленного производства цемента в России начинается в 19-ом в, когда были построены цементные заводы в Щурове (1870), Подольске (1874), Новороссийске (1882) и т.д. В настоящее время в России функционирует около 60 цементных заводов, использующих разные способы производства, в зависимости от особенностей сырьевой базы региона. Основные районы по производству цемента — Центральный, Уральский и Поволжский — работают на природном минерально-строительном сырье. На Урале цементная промышленность широко использует отходы черной металлургии. Ведущими компаниями в этом секторе являются: Евроцемент Груп, Холдинг HolcimGroup, Группа компаний ЛСР, ХайдельбергЦемент Рус и др.
Современные цементные заводы представляются собой высокомеханизированные и автоматизированные производства, однако большая часть отечественных цементных заводов строилась в 1950-1960-е годы и для того, чтобы в полной мере соответствовать современным стандартам качества нуждается в техническом перевооружении. Приводя слова Дж.Вэлча, известного американского предпринимателя, активно развивавшего технологии бережливого производства и концепцию «6 сигм»: «Клиенты замечают вариацию (разницу), а не среднее значение», можно резюмировать, что обеспечение стабильности основных показателей качества цемента и снижение их вариаций является необходимым условием обеспечения конкурентоспособности отечественных цементов. Эффективным инструментом решения этой проблемы является разработка и внедрение на предприятии СМК на основе международных стандартов ИСО серии 9000 [4], однако этот инструмент управления не даст ожидаемого эффекта, если не уделять должного внимания совершенствованию технологии производства, грамотной организации и строгому выполнению процедур входного, пооперационного и приемосдаточного контроля, оценке стабильности качества выпускаемой продукции. Не случайно в 1997 году ГОСТ 30515 сделал обязательной процедуру оценки уровня качества цемента по каждому нормируемому показателю, в частности по показателям прочности и содержанию оксида серы (VI). Помимо этого, в действующей версии этого стандарта - ГОСТ 30515-2013 (п. 8.5) –с целью осуществления внутреннего производственного контроля и обеспечения качества продукции установлено требование к наличию системы менеджмента качества и необходимых для ее функционирования ресурсов, процессов и документов.
С 2016 года введена обязательная сертификация цементов с целью обеспечения гарантии качества этого материала, повышения его конкурентоспособности и защиты российского рынка от цементов низкого качества, в процедурах которой также предусмотрена оценка стабильности качества цемента [5]. Следует отметить, что стабильность качества отечественного цемента существенно ниже мирового. Как отмечает [6] диапазон колебания показателей качества цемента, например прочности при сжатии в 28-суточном возрасте, в среднем составляет ± 5 МПа, что недопустимо для европейских производителей цемента. Опыт западных стран показывает, что максимальное колебание качества цемента не должно превышать 2 МПа. Так, например, на одном из крупных шведских заводов производительностью 2 млн. тонн цемента в год эта величина составляет не более 2 МПа. В случае ее превышения на предприятии объявляется аварийная ситуация с обязательным оповещением всех потребителей, принимаются меры по стабилизации производственного процесса. Что касается Германии, производители цемента, как правило, укладываются в 1,5 МПа [6].
В новом стандарте на цементы (ГОСТ 31108– 2016) для каждой марки по прочности приводится достаточно широкий диапазон возможных значений, например для широко применяемого для изготовления ЖБИ и в монолитном строительстве портландцемента типа ЦЕМ I 42.5 Н прочность при сжатии в 28-суточном возрасте нормируется в пределах от 42,5 до 62,5 МПа. Это не означает, что нормативное требование к показателю прочности цемента составляет 52,5 ± 10 МПа, а указывает на возможность того, что один завод может выпускать цемент с фактической марочной прочностью 42,5 МПа, а другой - 62,5 МПа, и оба цемента будут соответствовать нормативным требованиям. При этом вопрос выбора цемента будет решать сам потребитель - исходя из реального уровня качества продукции и его стабильности, поскольку невозможно выработать единые более жесткие нормативы для всех российских цементных заводов, применяющих разные способы производства, разное сырье и имеющих разный технический уровень оснащения.
Целью данного исследования является анализ уровня прочности цемента в 28-суточном возрасте, выпускаемого различными заводами, функционирующими на территории РФ, и оценка стабильности технологического процесса производства цемента по данному показателю.
В качестве объекта исследования был выбран портландцемент типа ЦЕМ I 42,5 Н по ГОСТ 31108-2016.Этот цемент наиболее востребован на рынке благодаря оптимальному сочетанию цены и качества и широкой области его применения. Поэтому данный тип цемента входит в номенклатуру выпускаемой продукции большинства отечественных цементных заводов.
При проведении анализа использовались результаты испытаний партий цемента, предоставленные несколькими заводами-производителями цемента за период январь 2016 г - март 2017 г.
Статистическая обработка данных выполнялась методом анализа возможностей процесса. Его суть заключается в графическом представлении данных о процессе (показателе процесса) в виде гистограммы с указанием границ поля допуска и диапазона собственной изменчивости процесса в предположении, что распределение данных подчиняется нормальному закону. Для этого был использован программный продукт Statistica [7], реализующий широкий спектр методов статистического анализа данных, применяемых в управления качеством продукции [8-12]. Результаты представлены на рисунках 1-6.
Рис. 1. Результаты анализа возможностей процесса производства портландцемента ЦЕМ I 42.5 H на Заводе 1
Рис. 2. Результаты анализа возможностей процесса производства портландцемента ЦЕМ I 42.5 H на Заводе 2
Рис. 3. Результаты анализа возможностей процесса производства портландцемента ЦЕМ I 42.5 H на Заводе 3
Рис. 4. Результаты анализа возможностей процесса производства портландцемента ЦЕМ I 42.5 H на Заводе 4
Рис. 5. Результаты анализа возможностей процесса производства портландцемента ЦЕМ I 42.5 H на Заводе 5
Рис. 6. Результаты анализа возможностей процесса производства портландцемента ЦЕМ I 42.5 H на Заводе 6
Из представленных графически распределений значений прочности цементов, выпускаемых шестью различными российскими заводами, можно сделать вывод о соответствии этого показателя установленным требованиям в течение рассматриваемого периода времени. При этом для заводов 1,3,5 и 6 характерно смещение распределение28-суточной прочности к нижней нормативной границе. Для Завода 5 можно дополнительно отметить, что левая граница полной изменчивости процесса (интервал ±3σ) выходит за нижнюю границу поля допуска прочности, что может обусловить возникновение брака по этому показателю.
Очевидно, что прочность цемента и ее вариация зависит от грамотного подбора исходных сырьевых материалов, степени их гомогенизации, соблюдения технологических параметров помола и обжига и других факторов [13-15]. Цемент твердеет тем быстрее, чем больше в нем алита (алитовые цементы) и трехкальциевого алюмината [15-16]. С течением времени процесс твердения резко замедляется. Цементы, содержащие много белита (белитовые цементы), в раннем возрасте твердеют медленно; нарастание прочности продолжается длительно и равномерно [15, 17-18]. Именно к белитовым относится цемент Завода 5, поэтому сравнительно низкие значения прочности на сжатие в марочном возрасте вовсе не являются показателем плохого качества данного цемента. Наоборот, иногда свойства белитовых цементов крайне полезны. Процессы их твердения и особенно схватывания сопровождаются выделением теплоты, которая тем интенсивнее, чем быстрее протекает процесс схватывания. Поэтому в массивных конструкциях, как правило, применяют именно белитовые цементы. Использование в таких конструкциях алитовых цементов может привести к интенсивному тепловыделению, разогреву до достаточно высокой температуры, появлению трещин и даже потере воды, что в итоге может привести к утрате цементным камнем своих качеств.
Сравнительно большой запас прочности цемента Завода 4 помимо особенностей химического состава можно также объяснить высоким качеством и однородностью сырья, обусловленные применяемым на данном предприятии сухим способом производства [17]. Кроме того, данное предприятие отличает высокий уровень автоматизации технологических процессов, что также облегчает борьбу за качество.
В таблице 1 приведены результаты оценки возможностей технологических процессов заводов №1-№6 обеспечивать выпуск цемента ЦЕМ I 42,5 Н на уровне нормативных требований к прочности в 28-суточном возрасте. Расчет приведенных в таблице показателей и оценка прогнозируемой доли дефектной продукции по показателю прочности выполнялся в соответствии с ГОСТ 50779.46-2012 [19].
Таблица 1
Результаты оценки возможностей процессов
|
№п/п |
Обозначение предприятия |
Rср_28, МПа |
Сpkl |
Сpku |
Сpk |
Сp |
Уровень брака ожидаемый, % |
|
1 |
Завод 1 |
48,7 |
2,34 |
5,19 |
2,34 |
3,77 |
0 |
|
2 |
Завод 2 |
50,9 |
1,28 |
1,77 |
1,28 |
1,53 |
0,01 |
|
3 |
Завод 3 |
49,6 |
3,31 |
6,22 |
3,31 |
4,76 |
0 |
|
4 |
Завод 4 |
59,7 |
5,88 |
0,95 |
0,95 |
3,41 |
0,22 |
|
5 |
Завод 5 |
43,9 |
1,49 |
19,97 |
1,49 |
10,65 |
3,9·10-4 |
|
6 |
Завод 6 |
46,5 |
1,87 |
7,52 |
1,87 |
4,7 |
0 |
Приведенные в таблице индексы Сpkl и Сpku количественно характеризуют близость распределения параметров качества продукции к нижней и верхней нормативным границам соответственно, установленным в нормативной документации. Значения этих показателей используются для оценки ожидаемого уровня несоответствий, возникающих при выходе значений исследуемого показателя за нижнюю или верхнюю нормативную границу. Индексы Сp и Сpk характеризуют возможности процесса производить качественную продукцию с учетом и без учета настройки процесса на центр поля допуска. Как следует из рис. 1-6 и данных таблицы 1 из 6 рассмотренных производителей только технологический процесс Завода 2 настроен на центр поля допуска. Для остальных заводов характерно смещение распределения параметров в сторону одной из установленных нормативных границ. При этом достаточный запас качества, полученный в результате расчетов для всех заводов кроме Завода 4 позволяет прогнозировать низкую вероятность появления брака цемента по показателю прочности. Для Завода 4 один из индексов (Сpku=0,95 <1) свидетельствует о вероятности выхода процесса из управляемого состояния и появлении дефектной продукции, но поскольку речь идет о верхней нормативной границе, эта ситуация лишь свидетельствует о перерасходе некоторых видов ресурсов, что привело к получении цемента с более высокими прочностными показателями. Цемент с такими характеристиками может быть переклассифицирован в случае необходимости и при соответствии других показателей установленным требованиям в класс по прочности при сжатии 52,5.
Таким образом, из данных табл. 1 следует, что для технологических процессов шести рассмотренных цементных заводов характерен практически нулевой прогнозируемый уровень брака цемента ЦЕМ I 42,5 Н, несмотря на отсутствие настройки процесса на центр поля допуска и смещение распределения значений прочности в проектном возрасте в сторону одной из нормативных границ (рис. 1-6).
Результаты проведенного статистического анализа могут быть использованы наряду с методами, установленными ГОСТ 30515-2013, в системе управления качеством продукции цементных заводов, предоставивших результаты испытаний для данного исследования, для повышения качества и обеспечения его стабильности [10, 11]. Использование индексов воспроизводимости позволяет сравнивать возможности технологических процессов производства, реализованных на разных предприятиях, выпускающих аналогичную продукцию, осуществлять управление процессами, а также обосновывать применяемый инструментарий анализа стабильности технологического процесса производства при сертификации продукции.
В настоящее время, согласно данным статистики [1, 3] продолжается спад объемов производства цемента в России, что связано с большим притоком более дешевых импортных цементов. Поэтому в сложившейся рыночной ситуации, в условиях обострения конкуренции, отечественным предприятиям-изготовителям особенно актуально уделять пристальное внимание проблемам обеспечения качества цемента и стабильности его характеристик, снижению непроизводительных затрат и оптимизации технологических процессов производства.
1. Кондратьев В.Б. Мировая цементная промышленность: книга / Кондратьев В. Б. Фонд исторической перспективы. Центр ис-следования и аналитики. Москва. 2015. С. 185-202.
2. Шахова Л.Д., Рахимбаев Ш.М., Черно-ситова Е.С., Самборский С.А. Роль цемента в технологии пенобетона // Строительные ма-териалы. 2005. №1. С.42–44.
3. Туахри Я. Начало новой эры в миро-вой цементной промышленности. Сценарий на 2016 год //Цемент и его применение. 2016. №2. С 24-31.
4. Черноситова Е.С. К вопросу о разра-ботке систем менеджмента качества // Мате-риалы Междунар. научно-практ. интернет-конф. «Актуальные проблемы менеджмента качества и сертификации»: Сборник докладов. - Белгород: БГТУ, 2006. С.95–97.
5. Пучка О.В., Левицкая К.М. К вопросу об особенностях сертификации цементов по ГОСТ 56836-2016 // Международная научно-техническая конференция молодых ученых, 1 - 20 мая 2016 г.: сб. докладов.
6. Шнайдер М. Текущая ситуация и пер-спективы цементной промышленности Гер-мании // Цемент и его применение. 2012. №1. С 120–125.
7. Боровиков В.П. STATISTICA. Искус-ство анализа данных на компьютере. СПб.: Питер. 2003. 688 с.
8. Юракова Т.Г., Черноситова Е.С. Про-гнозирование показателей качества искус-ственных пигментов на основе регрессионно-го анализа // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2010. № 1. С.84–87.
9. Денисова Ю.В., Черноситова Е.С., Ко-сухин М.М. Оценка стабильности качества камней бетонных стеновых // Вестник БГТУ им В.Г. Шухова. 2010.№1. С.93–96.
10. Жулинский С.Ф., Новиков Е.С., Поспелов В.Я.Статистические методы в со-временном менеджменте качества.М.: Фонд «Новое тысячелетие», 2001. 207 с.
11. Шахова Л.Д., Черноситова Е.С. Статистические методы в системах менедж-мента качества предприятий стройиндустрии // Качество и жизнь. 2005. № 5. С. 42.
12. Веретенников Д.В. Применение информационных технологий для повышения эффективности производственных испытаний/ Молодежь и научно-технический прогресс: материалы Х междунар. научно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. докладов: Изд-во БГТУ, 2017. Т.3. С. 57–59.
13. Флейшер, А.Ю. Оценка эффек-тивности активаторов помола на физико-механические характеристики цемента. Сб. тр. Междунар. конф. CemEnergy. 2013. С. 61–65.
14. Классен В.К. Технология и оп-тимизация производства цемента. Белгород.: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2012. 307 с.
15. Бут Ю.М., Сычев М.М., Тима-шев В.В., Химическая технология вяжущих материалов. - М.: Высшая школа. 1980. 472 с.
16. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1986. 463 с.
17. Зозуля, П.В., Ю.В. Никифоров, Проектирование цементных заводов. – СПб: Синтез, 1995. 445 с.
18. Шахова Л.Д., Нестерова Л.Л. Черноситова Е.С. Фазовый состав и микро-структура цементного поризованного камня // Цемент и его применение. 2005. №1. С. 60-62.
19. ГОСТ Р 50779.46 2012/ISO/TR 225144:2007 Статистические методы. Управление процессами. Часть 4. Оценка по-казателей воспроизводимости и пригодности процессов. М.: Стандартинформ, 2012. 43 с.
