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26 2 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n uf a c t u r e 第 4期 2 0 1 2年 4月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 0 4 0 2 6 2 0 3 ‘ ■。 JI 综 述 - 基于多品种小批量的阀杆生产过程质量控制 珠 赵会珍钟 强 河北联合大学 机械工程学院， 唐山 0 6 3 0 0 9 Qu a l i t y c o n t r ol f o r s t e m b a s e d o n d i v er s i f i e d s ma l l - l o t p r o d u c t i o n Z H A O Hu i - z h e n ， Z H O N G Q i a n g S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， He b e i u n i t e d U n i v e r s i t y ， T a n g s h a n 0 6 3 0 0 9 ， C h i n a 卅 ⅢⅢ w 量 ， “ ’ 州 斤 ’、 皇 一 “ w￡ ． 、 ” ● 【 摘要】 多品种、 小批量、 短周期的生产模式已逐渐成为现代企业生产方式的主流。 针对阀杆的技 术要 求以及工艺流程的分析 ， 结合现场加工过程的历史数据寻找 阀杆的关键质量特性 ， 并对关键 工序 实施质量控制。应用贝叶斯预测理论 的动 态质量控制方法对具体加工过程进行监控以及分析过程能 力， 分析加工过程中的问题， 提出了改进方案， 取得了 预期的效果， 不仅使得阀杆的加工过程没有受到 外来因素的影响而处于受控状态， 而且它将为其它加工过程的质量控制提供重要的指导。这将有力的 保证企业的产品质量， 提高顾客满意度 ， 降低成本， 保证交货期。 关键词 多品种小批量 ； 动态质量控制方法 ； 贝叶斯预测理论 ； 过程能力分析； 质量改进 【 A b s t r a c t 】 ／ n m a n u f a c t u r i n g , d iv e r s ifi c a t i o n ， s m a l l b a t c h ， s h o r t c y c l e ofp r o d u c t i o n m o d e h a s g r a d u a l ly b e c o m e t h e m a i n s t r e a m o f m o d e r n e n t e r p r i s e p r o d u c t i o n m o d e ． A c c o r d i n g t o t h e t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s of s t e r n a n d p r o c e s s anal y s i s ， c o mb i n e d w i t h t h e p r o c e s s ofh i s t o r i c al d at a f o r t h e s t e m t h e k e y q u ali t y c h a r a c t e r i s t i c s i s s e arc h e d , a n d q u ali t y c o n t r o l f o r t h e k e y p r o c e d u r e i s i m p l e me n t e d ． B y a p p l y i n g d y n am i c q u al i t y c o n t r o l me t h o d ofB a y e s i a n t h e o r y t h e s p e c c p r o c e s s i s m o n i t o r e d a n d t h e p r o c e s s c a p a b i l i t y i s anal y z e d ， a n d t h e p r o b l e m s o c c u r r e d i n t h e p r o c e s s i s a n al y z e d as w e l 1 ． T h e n t h e i m p r o v e d s c h e m e i s p u t f o r w a r d t o acq u i r e t h e d e s i r e d e f f e c t ， p r e v e n t i n g t h e s t e m mach i n i n g p r o c e s s n o t o n l y f r o m i m p act ofe x t e r n alf act o r s u n d e r c o n t r o l ， b u t al s o p r o v i d e s i m p o r t ant g u i d a n c e f o r o t h e r p r o c e s s i n g q u ali t y c o n t r o l , w h i c h gua r ant e e t h e p r o d u c t q u ali t y p o w e rf u l l y a n d i m p r o v e s s ati s f act i o n o f e n t e r p r i s e c u s t o m e r ， r e d u c e s c o s t ， a n d guara n t e e t h e d e l i v e r y ． 2 } K e y w o r d s Ma n y v a r i e t i e s o f s m a l l b a t c h ； D y n a mi c q u a l i t y c o n t r o l m e t h o d ； B a y e s i a n t h e o r y ；{ ；T h e p r o c e s s c a p a b i l i t y a n a l y s i s ； T h e q u a l i t y i mp r o v e me n t ● ● ● “ i i i i _ 1nh 1 _ ， t 1 t _ ＼ ， 嘈 1、 1＼ r 1i t、 j ， i 0 1 i～1 ●、 ． 1 ●1 ● r ‘ 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 1 弓 I 言 对 一 个 稳 定 的 工 艺 过 程 而 言 ， 有 理 由 认 为 方 差 与 为 常 阀杆是连接阀板与阀体的轴类零件， 其一端与阀板通过螺 数， 即 ， 。通常把它们的比值 称为信噪比 。 纹连接， 另一端穿过阀体上的 孔来控制阀板在阀体中的运动， 以 阀杆生产过程的质量特性是在方差 、 均未知的情况下 ， 实现阀门的功能。阀杆的生产属于小批量生产， 加工过程工序多 因此其参数估计为 导 三 苎 功 费 。 ．，将 A ，4 ≥ t 一 d t d t-i 2 ／ A “ 性 能和交货期， 也会对生产的安排产生影响， 并且也会有很大的 一 经济损失， 这样无序的管理状态必将导致一系列问题。因此对于 产 ； d n t ； L 小批量生产的阀杆质量控制显的尤为重要。 这样， 仅需估计的初始先验 m 。 、 C 。 、 5 o 令 n o l 、 d o S 。 就可按 2贝叶斯预测理论的动态质量控制模型 对一个稳定的加工工序， 我们可以用常均值动态线性模型 中心线分别为 U C L 、 ／ ； L C L 、 ； C L 造过程的质量 N E ] 状 评判 椎 否在落在[ L C L , , U C L f ] 内。 态方程 M ～ N [ O ， ] ； 初始信息 p - c l D o N [ m 。 ， C 0 ] 。 ⋯ ～ ～⋯⋯ ⋯ ⋯ 式 中 时 刻 加 工 序 质 量 特 征 的 观 测 值 时 刻 工 序 质 量 3阀杆生产关键工序的确定 特征的均值 ； 厂t 时刻观测误差项 ， 服从零均值 、 方差为 对阀杆生产过程中出现的 1 2 8个质量不合格的历史数据分 的正态分布； 广 时刻制造系统的状态误差项，服从零均 析阀杆质量不合格排列图， 如图 1 所示。由阀杆质量不合格排列 值、 方差为 的正态分布； D _ ￡ 0时刻， 关于工序质量的 图得出结论 阀杆质量问题的主要原因是重要轴段外径尺寸不合 初始信息集合； m 一在D 。 条件下对工序质量特征均值 的 格， 因此， 在此次对阀杆生产的质量控制中， 将磨削后的外径尺寸 一 个估计值； c c厂关于均值 m 估计的方差。 8 0 。 1 1 1 7 0 0 mm 选择为关键质量特性来作为质量控制点 ★来稿 日期 2 0 1 l 一 0 6 1 7 ★基金项 目 河北联合大学教学改革资助项 目 X Y1 0 3 8 0 2 第 4期 赵会珍等 基于多品种小批量的阀杆生产过程质量控制 2 6 3 1 2 0 1 00 80 磊 0 聚 爨 函 ， 豳 i 霹 雷 鐾 l ／ 霾 l l ／ il 墨 豳 F i g ． 1 t h e q u a l i t y u n q u a l i fi e d a r r a n g e me n t d i a g r a m 4基于贝叶斯理论的阀杆质量特 控制图 4 ． 1动态质量控制方法应用程序图 动态质量控制方法应用程序图， 如图 2所示。 图 2动态质量控制方法应用程序图 Fi g ． 2 Th e d y n a mi c q u a l i t y c o n t r o l me t h o d t h e a p p l i c a t i o n d i a g r a m 4 ． 2阀杆质量特性控制图的实现 根据贝叶斯动态质量特性控制模型13 1 ， 在阀杆加工之前应首 先应确定一个初始先验 m 。 、 C o 、 S 。 ， 将关键工序轴的外径尺寸做 为监控点。它的尺寸为 I 8 0 ⋯0 3 4 mm 。以其均值作为反映工序质量 变化的统计量 。 帆 ， 3 3 式中 ￡ 卜 加工的第 i 根阀杆 一第 i 根阀杆上， 1 1 截面的尺 寸； ， 第 i 根阀杆上， 2 一 2截而的尺寸； ， 第 i 根阀杆 上 ， 3 ～3 截 面的尺寸。 根据对现场工序质量的判断， 并结合以往的经验， 认为这一 工序能力指数大约为 1 ． 0 。因此， 认为 t o时刻 未进行加工 l丁序 质量特征的标准偏差约为 一／ ／ 6 ．0 0 ． 1 9 ／ 6 0 ．0 3 1 7 ram， { j l ， 2 ， 3 } 4 工序统计量 ， 的标准偏差约为 ／ X ／ 0 ． O 1 8 3 m r n ； 同 时认为工序无设置误差， 即工序值的目标值为 0 ．7 5 5 m m； 并且工 序开始时是稳定的。 用动态质量控制模型对磨削工序质量进行监 控。可取初始先验 m 。 o ．7 5 5 m m， C 。 0 ．O 0 0 3 m m ， n 0 l ， d o S 。 0 ．0 0 3 ， 3 0 ． 8 ， L I ． 8 5 2 ， 模型中 的置信水平为 1 - 0 ． 0 6 2 4 8 的置信 区间为 0 ． 7 5 0 5 ， 0 ． 7 5 9 5 。阀杆 8 0 c l 1 I l l l l 轴段的外径尺寸测量 数据整理结果 ， 如表 1 所示。 表 1数据整理结果 Ta b ． 1 Th e d a t a p r o c e s s i n g r e s u l t s t y t A “ Lt e L d | n | s t C t L ＼ ／ D U C L C L L C L 0 0．0 9 90 ． 7 5 5 0．0 0 3 1 0．0 0 3 0 ． 0 0 03 0，0 3 2 0 ． 7 8 7 0 ． 7 5 5 0 ． 7 23 1 0 ． 7 7l 0 ． 1 1 0 ． 7 5 6 0 ． O1 6 0．0 0 3 2 0 ．O 01 5 0 ． 0 0 02 0．0 2 4 0 ． 7 7 9 0 ． 7 5 5 0 ． 7 3 1 2 0 ． 7 51 0 ． 1 2 0 ． 7 5 5 0 ．0 0 5 0．0 0 3 3 0．O 0l 0 ． 0 0 01 0．0 2 0 0 ． 7 7 5 0 ． 7 5 5 0 ． 7 35 3 0 ． 7 0 2 0 ． 1 3 0 ．7 48 0 ．0 5 3 0．0 0 5 4 0．O 01 4 0 ．0 0 0 2 0 ． 0 2 5 0 ． 7 8 0 ． 7 5 5 0 ． 7 3 4 0 ． 6 8 9 0 ． 1 4 0 ．73 9 0 ．0 5 9 0 ． 0 07 9 5 0 ． O 01 6 0 ．0 0 0 2 0 ． 0 2 8 0 ． 7 8 3 0 ． 7 5 5 0 7 27 5 0 ． 7 9 8 0． 1 4 8 0 ．7 4 7 0 ． 0 5 9 0 ． 0 1 0 8 6 0 ． 0 01 8 0 ．0 0 0 3 0 ． 0 3 1 0 ． 7 8 6 0 ． 7 5 5 0 ．7 2 4 6 0 ． 7 81 0． 1 5 60 ．75 2 0 ． 0 3 4 0 ． O1 l 7 0 ． O 0l 6 0 ．0 0 0 3 0 ． 0 2 9 0 ． 7 8 40 ． 7 5 5 0 ．7 2 6 7 0 ． 8 4 2 0． 1 6 0 ．76 6 0 ． 0 9 0 ． 0l 7 7 8 0 ． O H0 2 0 ．0 0 0 4 0 ． 0 3 5 0 7 9 0 ． 7 5 5 0 ．7 2 8 0 ． 7 7 9 0． 1 6 60 ．7 68 0 0l 3 0 ． 0l 7 8 9 0 ． 0 0 2 0 ．0 0 0 3 0 ．03 3 0 ．7 88 0 ． 7 55 0 ．7 2 2 9 0 ． 6 9 9 0 ． 1 7 0 ．7 5 6 0 ． 0 6 9 0 ． O 2 1 7 1 O 0 ． 0 0 2 2 0 ．0 0 0 4 0 ．03 6 0 ．7 91 0 ． 7 55 0 ．7l 9 1 00 ． 6 8 0 0． 1 7 50 ．7 4 3 0 ． 0 7 6 0 0 2 6 0 ． 0 0 2 4 0 ．0 0 0 4 0 ．03 7 0 ．7 9 20 ．7 55 0．7】 8 l 1 0 ． 7 6 8 0． 1 7 90 7 4 7 0 ． 0 2 5 0 ． 0 2 6 5l 2 0 ． 0 0 2 2 0 ．0 0 0 4 003 6 0 ．7 91 0 ． 7 5 5 0．7l 9 1 20 ． 7 5 8 0 ． 1 8 0 ．7 4 9 0 ． Ol 1 0 ． 0 2 6 61 3 0 ． 0 0 2 0 ．0 0 0 4 0 ．03 5 0 ．7 9 0 ．7 55 0 ．7 2 l 3 0．7 8 30 ． 1 8 40 ． 7 5 5 0 ． 0 3 4 0．0 2 7 1 40 ．O 01 9 0 ．0 0 03 0 ． 0 3 2 0 ． 7 8 7 0 ． 7 5 5 07 23 l 40．7 9 20 ． 1 8 70 ． 7 6 2 0 ． 0 3 7 0．0 2 8 l 5 0．0 01 8 0 ．0 0 03 0 ． 0 3 2 0 ． 7 8 7 0 ． 7 5 5 0 ．7 23 1 50。81 30 ． 1 8 90 ． 7 7 2 0 ． 0 51 0 ． 0 3 l 6 0．0 0 2 0 ．0 0 0 3 6 0 ． 0 3 5 0 ． 7 9 00 ． 7 5 5 0 ．7 2 0 】 60．8 2 4 0 1 9 0 ． 7 8 2 0 ． 0 5 2 0．0 3 2 1 70 ．0 01 9 0 ．o 0 0 3 6 0 ． 0 3 5 0 ． 7 90 0 ． 7 5 5 07 2 1 70．8 41 0 ． 1 9 20 ． 7 9 3 0 ． 0 5 9 0．0 3 4 8l 8O ．0 01 9 0 ．0 0 0 3 6 0 ． 0 3 5 0 ． 7 9 00 ． 7 5 5 0 ．7 2 0 由表 1 数据 画出阀杆 的质量控制图， 如 图 3所示 。 筐 喜 i墓 萋 耋 茎 图 3阀杆的质量控制 图 F i g ．3 T h e s t e m o f t h e q u a l i t y c o n t r o l c h a n 根据控制图判断准则 可见阀杆磨削外圆的加工过程出现 点子出界和倾向的情况， 属于不受控过程， 需要对加工过程实施 调控。由小批量过程能力指数 的计算方法得结论_引 0 ．6 0 4 1 ． 3 3 ， 过程能力太低， 需要提高。 5失控原因分析 5 ． 1失控原因分析 图 4外径质量问题鱼刺图 F i g ．4 Od q l【 ta l k y p r o b l e m d i a g r a m ∞％％％％％％％％％c． 噼 舭 m噼 2 6 4 机 械 设计 与制 造 No ． 4 Ap r ． 2 01 2 为了找出加工过程异常 的原因和提 出改进方案 ，迅速成立 Q c小组 ， 组织 成员进行 头脑风暴 ， 认 为一般情况下 ， 按照人 、 机 器、 材料、 方法、 环境、 测量六个方面 5 M1 E 分析影响外径尺寸的 关键冈素。经过头脑风暴 列出了所有可能影响加工尺寸的原因 得到外圆尺寸质量问题的鱼刺图， 如图 4 所示。经过进一步的头 脑风暴， 分析影响 c D 8 0 c l 1 l 1 3 n l 尺寸的关键因素主要有 1 操作 者的操作水平； 2 磨削时的进给速度 ； 3 每次的磨削深度； 4 砂轮的修整间隔时间； 测量用的千分尺。 重新校对千分尺发现， 精 度没有问题 ， 应该从另外四个方面寻找主要原因。为了保证分析 准确 ， 对这几个 因素进行散布图分析和 回归性分析。 运用 Mi n i t a b 进行散布图分析， 如图5所示。Mi n i t a b 散布图分析结论 外径尺 寸与操作者有正相关性， 与其它因素从图形上看无相关性。原因 分析结论 操作者由于某种心理在加工过程中有意识的向实体最 大尺寸靠近是导致控制图异常的主要原因。 图 5散布图分析结果 F i g ．5 S c a t t e r d i a g r a m a n a l y s i s r e s u l t s 5 _ 2提高过程能力的方案 根据上述方法， 结合现场实际情况， 确定改善方案如下 1 向操作者解释加工过程分布中心等知识， 使其改变向实体最大尺 寸 偏移的倾向性习惯； 在加工过程中要以公差中心为依据； 2 重 新校对测量用的千分尺； 3 校对磨床的刚度、 精度； 4 要求粗车 后热处理、 半精车等过程中做好加工面的保护。 6改善实施后效果分析 6 ． 1一次改善方案及实施后效果分析 在实施上述改进方案后， 控制图重新恢复到界限内， 加工过 程也止常， 根据测量数据和整理结果实施干预， 改进后的质量控 制图， 如图6所示。 l坝 ． 一～ 一 V一 ～／ ’ 、 I ‘ ．_ 0 V ／I、 八 ／ 、 ＼厂＼厂 I ’一一 ； - ． ’’●●_一 ‘ ’ u 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 20 22 2 4 2 6 2 8 3 0 32 I 3 5 7 9 II I 3 1 5 17 1 9 21 2 3 2 5 2 7 29 31 加丁 时序 t 图 6实施改进后的质量控制 图 F i g ．6 T h e i mp l e me n t a t i o n o f t h e i mp r o v e d q u a l i t y c o n t r o l c h a r t 过 程 能 力 指 数 一 ； 一 ≮ 其中b ， 可查取， b i s 0 ．9 3 0 1 5 5 0 ． 9 5 7 6 - 0 ．9 0 2 7 0 ．9 3 0 1 5 一 7 9 ． 8 5 7 9 ． 6 6 0 ． 1 9 r a m，而 当前样本 的标 准偏 差 S 0． 0 2 408 5 c 一 - 0．93 01 5 _1 _ 2 2 1 ． 3 3 ， C v 的置信水平 1 - 0 ．0 1 的置信区问为 0 ． 7 0 9 ， 1 ． 9 6 7 改善后过程能力分析结论 c 1 ． 2 2 1 ． 6 7 ， 加 1 过程处1 二 理 想状态。 经过两次改善 ， 使得过程能力达到了理想状态。 l 3 5 7 9 l】 l 3 l 5 1 7 l 9 2l 23 2 5 2 7 29 31 3 3 35 37 3 9 41 43 45 47 4 9 加 工时睁 图 7二次改善后阀杆质量控制图 F i g ． 7 T wo i mp r o v e d a fte r t h e s t e m q u a l i t y c o n t r o l c h a r t 7结论 多 品种 小批量生产 方式有着 区别 于大批量 生产的 显著 特 点 ， 正是 由于这些特点使得小批量生产方式的质量控制不能完全 使用传统的S P C方法。然而， 阀杆生产正是属于典型的多品种小 批量生产方式 ， 因此 ， 只能寻找一种适合d q L L 量且符合生产实际 的质量控制方法。 动态质量控制方法就关注的对象是工序， 引入 动态模型和 贝叶斯理论来进行数据变换 ， 提出改进 的控制图来 监 控加工过程 ， 可 以改变企业生产靠经验 ， 事后检验的现状 ， 为建 立 科学合理的预防控制质量管理制度提供重要依据。 参考文献 [ 1 ] 余忠华， 吴昭同． 面向多品种、 d , t L 量制造环境的 S P C实施模型的研 究E J I ． 工程设计 ， 2 0 0 0 3 2 8 3 1 ． [ 2 ] 王晶．多品种d q t L 量生产 的质量控制研究[ D] ． 天津 天津大学 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 刘春雷． 面向多 品种小批量 的工序质量控制系统[ J _ ．组合机床与 自动 化加工技术 ， 2 0 0 9 2 5 0 5 5 ． [ 4 ] 胡兴才 ， 叶文华．基于fl , LL 量 的统计过程控制研究[ J J _中国制造业信息 化 ， 2 0 0 6 1 1 4 2 0 ． [ 5 ] 李奔波， 李传昭．基于成本控制的小批量生产工序能力指数研究[ n工 业工程与管理 ， 2 0 0 5 2 1 8 - 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