機(jī)械加工生產(chǎn)線三圖診斷式質(zhì)量判斷系統(tǒng)的研究

機(jī)械加工生產(chǎn)線三圖診斷式質(zhì)量判斷系統(tǒng)的研究

被動(dòng)控制階段c機(jī)械部是國(guó)家裝備制造業(yè)的核心，是實(shí)施工業(yè)化和現(xiàn)代化的必要前提。因此，機(jī)械部在促進(jìn)國(guó)家發(fā)展和國(guó)際發(fā)展方面發(fā)揮著非常重要的作用。但是目前我國(guó)的加工企業(yè)大多處于被動(dòng)控制階段,即為了達(dá)到生產(chǎn)任務(wù)和客戶要求而進(jìn)行,且只有在出現(xiàn)不合格品后才去采取糾正措施,并未達(dá)到一種主動(dòng)的預(yù)防型控制狀態(tài)。所以實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)的加工技術(shù)創(chuàng)新,采用新的生產(chǎn)管理模式提高加工質(zhì)量不容忽視和拖延,對(duì)國(guó)家和地區(qū)的發(fā)展也都有著極其重大的意義。1機(jī)械加工工藝過(guò)程的控制隨著質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展,生產(chǎn)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的不合格率要求由過(guò)去的三西格瑪發(fā)展到現(xiàn)在的六西格瑪,即產(chǎn)品不合格品率從0.27%下降到2ppd,這種不合格率幾乎是處于生產(chǎn)出的不合格品接近零的狀態(tài),這是一種極度嚴(yán)格的生產(chǎn)目標(biāo)。接近零不合格過(guò)程以過(guò)程定義為基礎(chǔ),研究對(duì)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的控制,以達(dá)到過(guò)程不斷向零不合格目標(biāo)。在機(jī)械加工業(yè)中,一條生產(chǎn)線往往由若干道工序組成,一道工序可以看做一個(gè)過(guò)程。實(shí)現(xiàn)接近零不合格品的生產(chǎn)目標(biāo),就需要對(duì)加工的每一道工序進(jìn)行嚴(yán)格控制,除了實(shí)時(shí)加工控制外,應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期加工過(guò)程進(jìn)行控制,以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)生的偏移,達(dá)到加工系統(tǒng)所有過(guò)程處于穩(wěn)定、受控狀態(tài),實(shí)現(xiàn)加工接近零不合格的目的。目前已有許多制造型企業(yè)在管理中應(yīng)用了大量的控制圖,取得了很好的效果。但目前使用的絕大部分都是常規(guī)控制圖,其主要作用是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制,但不合格發(fā)生前的預(yù)警控制和顯示總體加工質(zhì)量趨勢(shì)變化的作用很微弱。利用接近零不合格的過(guò)程分解方法,對(duì)長(zhǎng)期生產(chǎn)的各個(gè)過(guò)程使用累積和質(zhì)量控制圖就可以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),達(dá)到及時(shí)有效地對(duì)過(guò)程中的小偏移進(jìn)行控制,最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的“零缺陷”。2總質(zhì)量面向本過(guò)程,文機(jī)械器件的制造一般需要多道工序或工位加工才能完成。設(shè)一個(gè)機(jī)械器件加工生產(chǎn)線有n個(gè)工序S1、S2、……、Sn。在進(jìn)行工序質(zhì)量分析時(shí),除要考慮本工序的影響,還要考慮上工序的影響,這時(shí)很容易分不清上下道工序的責(zé)任和影響。1981年,我國(guó)學(xué)者張公緒提出兩種質(zhì)量的新概念。即將當(dāng)前工序本身的固有加工質(zhì)量稱為分質(zhì)量,而將通常人們關(guān)注的產(chǎn)品質(zhì)量稱為總質(zhì)量或稱工序綜合質(zhì)量(overallquality)。這兩種質(zhì)量的關(guān)系是:總質(zhì)量=分質(zhì)量+上道工序?qū)ο碌拦ば虻挠绊?上影),如圖1所示。在機(jī)械加工過(guò)程中,如果上道工序與下道工序沒(méi)有任何影響,總質(zhì)量與分質(zhì)量是相等的;在第一道制造工序中,如果原材料、零部件等的供應(yīng)穩(wěn)定,不考慮生產(chǎn)線輸入的影響,這兩種質(zhì)量也是相等的。3累積和控制流程圖的應(yīng)用—累積和控制圖的應(yīng)用—加工工序中兩種質(zhì)量的度量3.1cusum控制圖的應(yīng)用制造總質(zhì)量包括分質(zhì)量與上影,故總質(zhì)量受到全部異因的影響。從控制全部異因的角度來(lái)看,總質(zhì)量必須采用全控圖來(lái)控制。全控圖就是除了選控圖之外的所有類型的控制圖。一般情況下休哈特控制圖使用比較多,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有許多學(xué)者研究過(guò)使用休哈特控制圖度量生產(chǎn)中的兩種質(zhì)量。在這里,為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造過(guò)程接近零不合格的目的,選用CUSUM控制圖來(lái)控制整個(gè)制造系統(tǒng)的總質(zhì)量特性的均值。以我校機(jī)械加工廠內(nèi)的齒輪軸加工生產(chǎn)為例。在某機(jī)床上加工1000個(gè)軸徑尺寸為的齒輪軸。已知加工系統(tǒng)為穩(wěn)態(tài)時(shí)總體均值為0.040.0650.5mm-φ0μ=50.514mm,累積和統(tǒng)計(jì)量為Si。在每50個(gè)產(chǎn)品中隨機(jī)抽取1次樣品,樣品容量為3,整批抽取所得產(chǎn)品最終數(shù)據(jù)如下表1:將表中的累積和值在圖中打點(diǎn)形成累積和控制圖,如圖2所示:由上面的打點(diǎn)圖可以明顯看出,加工工序從第12組數(shù)據(jù),即從第600次加工開(kāi)始出現(xiàn)問(wèn)題,形成向下的趨勢(shì),也就是說(shuō)加工軸徑均值在逐漸減小,應(yīng)立即著手對(duì)加工機(jī)床進(jìn)行檢驗(yàn),消除異因。從這個(gè)例子可以看出:CUSUM控制圖依據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)和過(guò)去數(shù)據(jù),對(duì)歷史數(shù)據(jù)表達(dá)的信息進(jìn)行了累積,可以達(dá)到對(duì)整個(gè)機(jī)械加工系統(tǒng)更精確和更靈敏的控制作用。3.2cusum數(shù)據(jù)測(cè)試工序分質(zhì)量會(huì)受到一部分系統(tǒng)因素的影響,把這部分本工序的系統(tǒng)因素作為欲控因素,其余的系統(tǒng)因素的影響作為非控因素。那么本道工序發(fā)生的種種質(zhì)量問(wèn)題屬于欲控因素影響,而上道工序的影響則屬于非控因素影響。選控圖就是從總質(zhì)量中排除非控因素(即上道工序的影響)的影響,只選擇欲控因素加以控制,對(duì)于非控因素不加以反映。由于度量總質(zhì)量與分質(zhì)量時(shí)必須要有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),所以選用的控制圖類型也應(yīng)是相同的。故這里必須用選控CUSUM圖,記為CUSUMcs圖。選控CUSUM圖的第一個(gè)任務(wù)就是消除非控異因。設(shè)本工序質(zhì)量特性值y服從正態(tài)分布,y~N(),上工序質(zhì)量特性值用x描述,則一般地有:這兩個(gè)函數(shù)可根據(jù)技術(shù)分析或者回歸方法或者經(jīng)驗(yàn)公式得出。仍然以我校機(jī)械加工廠加工齒輪軸為例。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)加工出來(lái)的齒輪軸內(nèi)徑不太準(zhǔn)確,但由于加工工序繁多,不知道具體是哪道工序出現(xiàn)的問(wèn)題,需要在所有工序中找出對(duì)加工影響最大的一個(gè)因素實(shí)現(xiàn)選控目的,本例中選用在最后一道工序:軸面精磨加工這道工序建立選控CUSUM圖,以精磨之前的所有工序作為上一道工序,上下道工序質(zhì)量特性為軸徑尺寸,判斷這道工序是否穩(wěn)定。設(shè)上道工序軸徑為x,下道工序軸徑為y,每生產(chǎn)100個(gè)齒輪軸中抽取5個(gè)進(jìn)行檢測(cè)并取其均值,所得10組數(shù)據(jù)并整理如表2所示。由表2中x、y數(shù)據(jù)作出的散點(diǎn)圖如圖3所示:由圖可見(jiàn),下道工序所得的軸徑y(tǒng)與上道工序之間存在線性相關(guān)性,令其回歸方程為:由線性回歸分析可以得到如下計(jì)算:由上式就可算出:a=50.535-0.62*50.688≈19.1,上下兩道工序間的線性關(guān)系式:根據(jù)式4-6可求出下道工序以及選控值ycsi,所得數(shù)據(jù)如表3所示。選控值為欲控因素實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差,即:由于要實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)接近零不合格的目標(biāo),我們這里進(jìn)行的抽樣檢測(cè)是極大批量的,因此選控值ycs近似服從N(0,1)的正態(tài)分布,即在這里我們?cè)O(shè)定μcs=0。并采用比較簡(jiǎn)單易行的表格式CUSUM圖來(lái)判斷選控因素。假設(shè)表格式CUSUM控制圖上單側(cè)的統(tǒng)計(jì)量為L(zhǎng)H(i),下單側(cè)統(tǒng)計(jì)量為L(zhǎng)L(i),則上、下單側(cè)的統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算公式為:原選控?cái)?shù)據(jù)與計(jì)算得到的數(shù)據(jù)如下表3所示。根據(jù)CUSUM控制圖參數(shù)表可以查到:參數(shù)為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)接近零不合格的目標(biāo),并實(shí)現(xiàn)在問(wèn)題存在時(shí)盡快利用控制圖發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,這里設(shè)定偏移量為0.5σcs,依據(jù)經(jīng)驗(yàn)本廠取σcs=0.015,查參數(shù)表可得:d=29.6,2tanθ=0.27,計(jì)算可得控制限參數(shù):H=2dσcstanθ=0.119。將上、下單側(cè)統(tǒng)計(jì)量的數(shù)值直接在圖上表示出來(lái),設(shè)置控制限H為紅色的告警線,那么就可以得到更直觀的CUSUM狀態(tài)控制圖,如圖4所示。從上圖可以明顯看出,加工過(guò)程中,從第6批次開(kāi)始選控因素LH(i)=0.136,LL(i)=-0.19,都超過(guò)了控制限H的控制范圍,故可以判斷選控因素出現(xiàn)問(wèn)題,即選定的下道工序加工有異常存在,應(yīng)立即停止生產(chǎn),找出異因并消除。4圖診斷系統(tǒng)一條機(jī)械加工生產(chǎn)線由若干道工序組成,將整個(gè)生產(chǎn)線分解成若干基本單元,然后針對(duì)基本單元進(jìn)行診斷,在制造業(yè)中是一種有效的生產(chǎn)管理方式。在這里提出使用CUSUM控制圖代替常規(guī)控制圖,對(duì)同一條生產(chǎn)線進(jìn)行長(zhǎng)期質(zhì)量監(jiān)控。在上例中得到工序分質(zhì)量,即預(yù)控因素出現(xiàn)了問(wèn)題,但這并不代表著上道工序的影響不會(huì)對(duì)總質(zhì)量的異常起影響作用。這時(shí)可以利用全控CUSUM圖和選控CUSUM圖一起來(lái)評(píng)價(jià)機(jī)械制造過(guò)程中的欲控因素和非控因素對(duì)生產(chǎn)加工對(duì)象的影響。這種由三張控制圖一起對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制就稱為三圖診斷系統(tǒng)。診斷的基本單元就是上下兩道工序,診斷中心是本道工序,如圖5所示。這樣通過(guò)非控因素控制圖、欲控因素控制圖和選控因素控制圖三圖的聯(lián)合使用,就能構(gòu)成一個(gè)完整的機(jī)械加工生產(chǎn)線質(zhì)量診斷系統(tǒng),如圖6所示。在這種三圖診斷系統(tǒng)中,每張CUSUM圖和單選CUSUM圖都有兩種典型質(zhì)量狀況:正常狀態(tài)和異常狀態(tài),于是三圖診斷系統(tǒng)就有23種即8種情況,實(shí)際使用中應(yīng)按照其不同狀態(tài)對(duì)加工質(zhì)量進(jìn)行分析診斷。5制造企業(yè)生產(chǎn)控制的改進(jìn)我國(guó)的機(jī)械加工制造業(yè)雖然已經(jīng)具備了一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),但與世界制造業(yè)強(qiáng)國(guó)相比,我國(guó)機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)控制力差的問(wèn)題十分突出。因此