面向AMT的統(tǒng)計(jì)過程質(zhì)量控制*

時(shí)間：2024-08-06 05:05:28 計(jì)算機(jī)畢業(yè)論文我要投稿

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面向AMT的統(tǒng)計(jì)過程質(zhì)量控制* 注意：本文已經(jīng)在《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造》(1998,10:,39～41)雜志發(fā)表
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徐翀馬玉林袁哲俊
(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)中心,150001)

摘要：本文在分析先進(jìn)制造技術(shù)(AMT)環(huán)境下實(shí)施統(tǒng)計(jì)過程質(zhì)量控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀的同時(shí)，討論了將統(tǒng)計(jì)過程質(zhì)量控制(SPQC)技術(shù)應(yīng)用于先進(jìn)制造環(huán)境下所存在的問題。根據(jù)所提出的問題，研究了面向先進(jìn)制造環(huán)境，基于等效工序能力的統(tǒng)計(jì)過程質(zhì)量控制方法；開發(fā)了基于前饋型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的加工過程異常模式自動識別軟件。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造技術(shù)，統(tǒng)計(jì)過程質(zhì)量控制，模式識別，質(zhì)量保證

一、引言八十年代以來，顧客對產(chǎn)品的需求從單一型向多樣型轉(zhuǎn)變，國際市場的競爭日趨激烈。據(jù)國外的調(diào)查表明，企業(yè)之間的競爭焦點(diǎn)已從價(jià)格因素向柔性、質(zhì)量、對市場變化的快速響應(yīng)等非價(jià)格因素轉(zhuǎn)移[1]。隨著世界工業(yè)市場競爭的不斷加劇，為了生存和發(fā)展，越來越多的企業(yè)認(rèn)識到實(shí)施先進(jìn)制造技術(shù)的重要性，并已經(jīng)開始引進(jìn)和實(shí)施AMT[2]。在AMT的研究和應(yīng)用不斷取得成功的同時(shí)，也有許多企業(yè)發(fā)現(xiàn)AMT帶來的效益并不如所期望的那么大，甚至還有許多失敗的例子擺在人們面前。影響先進(jìn)制造技術(shù)成功應(yīng)用的因素有很多，其中一個(gè)重要的因素是產(chǎn)品的質(zhì)量。

傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)過程質(zhì)量控制基于休哈特控制圖，監(jiān)測控制同一產(chǎn)品的同一質(zhì)量特征的變化規(guī)律，使之滿足精度并保持穩(wěn)定，在剛性自動化大生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[3]。但是，在小批量生產(chǎn)方式占主導(dǎo)地位的AMT生產(chǎn)環(huán)境下，傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)模型無法得到足夠的數(shù)據(jù)來建立統(tǒng)計(jì)控制關(guān)系。因此，傳統(tǒng)的SPQC卻不能直接被應(yīng)用在AMT生產(chǎn)環(huán)境下，SPQC需要一種新的指導(dǎo)思想。對此，國內(nèi)外均做了一些研究[4-8]，提出一些解決方案，但均沒能在根本上解決數(shù)據(jù)不足的問題。

此外，在先進(jìn)制造系統(tǒng)中還存在對控制圖的識別問題。傳統(tǒng)的生產(chǎn)環(huán)境下控制圖是否處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下，是由人對控制圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)狀態(tài)的識別。在AMT生產(chǎn)環(huán)境下如果繼續(xù)沿用這種方法，一方面影響信息反饋的及時(shí)性，另一方面工人一直監(jiān)視控制圖會提高工作強(qiáng)度，降低他們的工作效率。利用模式識別算法對控制圖自動識別，就可以很好地解決這兩方面的問題。有一些工序的失控狀態(tài)很容易用普通算法識別，例如控制變量超出控制界限以及連續(xù)的上升和下降的趨勢。然而對于小波動的持續(xù)上升或下降或者是循環(huán)變化趨勢，則難以用普通方法進(jìn)行判斷。由于神經(jīng)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，許多以前計(jì)算量很大并耗時(shí)較長的問題得到了解決，模式識別就是其中的一項(xiàng)。考慮到在AMT生產(chǎn)模式中計(jì)算機(jī)化是基本條件之一，而且生產(chǎn)環(huán)境中的計(jì)算機(jī)只是利用已經(jīng)訓(xùn)練好的程序運(yùn)行識別算法，不需要太大的計(jì)算量。因此，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對控制圖的異常模式進(jìn)行識別是非常合適的。

基于以上討論，本文提出了基于等效工序能力的統(tǒng)計(jì)過程控制方法，并給出了統(tǒng)計(jì)變量的計(jì)算方法。而且，以這種統(tǒng)計(jì)方法所得到的控制圖的變化趨勢為研究對象，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論設(shè)計(jì)了控制圖異常狀態(tài)的自動識別軟件。

二、基于等效工序能力的統(tǒng)計(jì)過程質(zhì)量控制方法

1. 等效工序能力控制的理論基礎(chǔ) 現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)過程質(zhì)量控制的出發(fā)點(diǎn)是在事前控制加工過程，使其處于正常狀態(tài)；而不是在事后通過檢驗(yàn)的方法控制次品的擴(kuò)散。進(jìn)行的是“過程控制”而不是“產(chǎn)品控制”�？偟膩碚f，只要是無顯著差異的5M1E[9]環(huán)境下生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的質(zhì)量特征值（不一定為同類產(chǎn)品）偏離期望值的正常波動服從的分布。等效工

序能力控制圖通過對的標(biāo)準(zhǔn)化變換，使得等效工序能力控制圖的控制界限不隨質(zhì)量特征的不同

而變化，使統(tǒng)計(jì)變量成為服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的無量綱量的隨機(jī)變量，達(dá)到利用歷史數(shù)據(jù)的目的。不同的統(tǒng)計(jì)變量的轉(zhuǎn)換方法不同，但其基本理論可以由下式表達(dá)：

(1)

式(1)是對的標(biāo)準(zhǔn)化，新得到的統(tǒng)計(jì)變量T為服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的無量綱量隨機(jī)變量，控制界限

在給定第一類統(tǒng)計(jì)錯判的容許概率的情況下固定不變。這樣在等效工序能力下，不同產(chǎn)品的質(zhì)量特征以及同一產(chǎn)品的不同質(zhì)量特征就能夠通過標(biāo)準(zhǔn)化變換利用同一種統(tǒng)計(jì)方法分析，實(shí)現(xiàn)不同但相關(guān)的統(tǒng)計(jì)特征之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，達(dá)到充分利用一臺機(jī)床的歷史數(shù)據(jù)和部分相關(guān)數(shù)據(jù)的目的，實(shí)現(xiàn)在中小批量生產(chǎn)中對加工工序的統(tǒng)計(jì)過程質(zhì)量控制。

2. x-Rs 控制方法統(tǒng)計(jì)變量的計(jì)算基于以上思想，本文改進(jìn)了傳統(tǒng)的單值-移動極差控制圖，利用這種控制圖實(shí)現(xiàn)了對多品種、小批量生產(chǎn)過程的統(tǒng)計(jì)過程質(zhì)量控制。

傳統(tǒng)的單值－移動極差控制圖是用所有數(shù)據(jù)的均值作為的估計(jì)值，故只有在數(shù)據(jù)全部收集后才

能進(jìn)行控制圖的繪制和分析，而在實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)據(jù)是一批一批或一個(gè)一個(gè)獲得的。因此改進(jìn)的單值－移動極差控制圖在獲得第i個(gè)數(shù)據(jù)后，為充分利用已知信息，用過去i-1個(gè)數(shù)據(jù)來計(jì)算控制界限和統(tǒng)計(jì)變量。并通過統(tǒng)計(jì)變換，消去統(tǒng)計(jì)變量中的平均值和整體方差，實(shí)現(xiàn)對質(zhì)量信息的充分利用。

(1) 單值控制變量的計(jì)算

改進(jìn)的單值變量在每個(gè)控制點(diǎn)，利用進(jìn)行判別。

因?yàn)?，由正態(tài)過程平均值的抽樣分布性質(zhì)可知：

由正態(tài)過程的可加性和正態(tài)過程的標(biāo)準(zhǔn)化變換得到：

因?yàn)榭傮w標(biāo)準(zhǔn)差未知，故必須消去表達(dá)式中的。由標(biāo)準(zhǔn)差的抽樣分布的性質(zhì)可知：

根據(jù)student-t分布的定義得到：

化簡后得到：

(2)

上式表明，服從自由度為i－2的student-t分布，對于給定的顯著性水平，由student-t分布找出滿足下式的控制界限值使得：

但由于在給定下，隨著n的變化而變化，因此首先作自由度為i－2的student-t分布概率密度積分得（p(t)為t分布概率密度函數(shù)），然后對積分值進(jìn)行反標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變換得到單值控制圖的統(tǒng)計(jì)變量。

(3)

此時(shí)統(tǒng)計(jì)變量根據(jù)給定的第一類統(tǒng)計(jì)錯判的容許概率，由標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布找出滿足下式的控制界限：