基于SPC的氣動測量檢測系統(tǒng)研究

徐淑萍　李爾東

摘要：文章介紹了基于SPC的氣動檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，SPC（統(tǒng)計過程控制）的發(fā)展歷程及其特點、主要原理、控制圖分類、過程能力分析及計算，SPC是針對全過程的事先預防，進而提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：SPC；控制圖；過程能力分析；氣動測量檢測系統(tǒng)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG839 文章編號：1009-2374（2016）34-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.037

在當今社會，產(chǎn)品質(zhì)量問題一直以來備受全世界的普遍關(guān)注，其不僅關(guān)系著民生問題，還關(guān)系著一個國家的綜合實力。企業(yè)在市場經(jīng)濟中生存和取勝的至關(guān)因素就是質(zhì)量的好壞，一個國家增強綜合實力和提高國際競爭力的必然要求也體現(xiàn)在質(zhì)量問題上。SPC正是生產(chǎn)制造業(yè)的最好幫手，其質(zhì)量控制成效顯著，降低缺陷率，打造企業(yè)更精銳的產(chǎn)品。

1 本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計

系統(tǒng)總體分為三部分，分別是數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)分析處理部分、數(shù)據(jù)備份部分。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

1.1 數(shù)據(jù)采集部分

利用氣動測量儀進行測量工件，最多可接入8臺測微儀，可同時對8路測微儀的數(shù)據(jù)同時進行實時采集，也可分時采集，收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過USB轉(zhuǎn)RS232轉(zhuǎn)換器再經(jīng)過USB集線器利用串口通訊把數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦CPC中。

1.2 數(shù)據(jù)分析處理部分

1.2.1 數(shù)據(jù)的保存：可以將采集到的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，方便日后分析匯總。

1.2.2 數(shù)據(jù)的顯示：得到的數(shù)據(jù)能夠在SPC的公差圖中標注出來，若不在公差范圍，可進行報警（公差：實際參數(shù)值的允許變動量）。

1.2.3 數(shù)據(jù)的分析：

SPC的兩個執(zhí)行階段：

分析階段：采集階段得到的數(shù)據(jù)計算控制界限，做成直方圖，分析用控制圖或者進行過程能力分析，檢驗生產(chǎn)過程的狀態(tài)是否是統(tǒng)計可控的，判斷過程能力是否能夠滿足生產(chǎn)質(zhì)量需求。只有滿足分析階段的兩個目的：一是過程處于穩(wěn)定狀態(tài)；二是能力得到滿足，分析階段的任務才算完成。否則繼續(xù)調(diào)整。

監(jiān)控階段：主要目的是使用控制圖進行監(jiān)控。這個階段的控制圖界限可以利用上一個階段的結(jié)果而確定，采集的數(shù)據(jù)及時繪制到控制圖上，并密切觀察控制圖，過程的失控還是受控可通過點的波動來體現(xiàn)出來，如果發(fā)現(xiàn)是統(tǒng)計失控的，必須及時找出原因并快速地消除其影響。

1.3 數(shù)據(jù)備份部分

數(shù)據(jù)庫文件能夠備份，已確保數(shù)據(jù)丟失時，無法恢復。

2 SPC發(fā)展歷程及其特點

美國貝爾實驗室的休哈特博士于20世紀20年代提出了統(tǒng)計過程控制理論及其控制圖的應用，這一理論的提出為統(tǒng)計過程控制奠定了理論基礎。從理論的提出到目前階段，總共經(jīng)歷了三個階段即SPC、SPCD及SPCDA。

起初階段SPC是Statistical Process Control的簡稱，即統(tǒng)計過程控制。

SPC發(fā)展的第二階段SPCD是Statistical Process Control and Diagnosis的簡稱，即統(tǒng)計過程控制與診斷。該階段可以對異常進行報警，卻不可診斷出何種異常。

SPC發(fā)展的第三階段SPCDA是Statistical Process Control，Diagnosis and Adjustment的簡稱，即統(tǒng)計過程控制、診斷與調(diào)整。該階段可以發(fā)現(xiàn)異常并可診斷原因及調(diào)整。

3 SPC應用的主要原理

統(tǒng)計過程控制（SPC）是應用統(tǒng)計原理對過程生產(chǎn)的狀況進行實時監(jiān)控和分析，確保過程維持在僅受隨機性因素影響的統(tǒng)計控制狀態(tài)，來達到事先控制的效果，進而提高產(chǎn)品的質(zhì)量與服務。若過程僅受隨機因素影響時，此時過程處于統(tǒng)計控制狀態(tài)（簡稱受控狀態(tài)）即產(chǎn)品的特征值X會服從正態(tài)分布即，在正態(tài)分布正負范圍內(nèi)，即樣品特征值出現(xiàn)在中的概率為99.73%（如圖2所示）。而落在之外的概率為0.27%，即為小概率事件，據(jù)概率統(tǒng)計原理認為小概率事件發(fā)生的概率極小或者不可能發(fā)生，若發(fā)生了就是過程分布受到了系統(tǒng)因素的影響處于統(tǒng)計失控狀態(tài)（簡稱失控狀態(tài)）。

當過程是穩(wěn)定隨機分布的，即認為過程是受控的，當過程分布發(fā)生了變化，不是隨機分布的，即認為是失控的，SPC正是根據(jù)這種過程的統(tǒng)計規(guī)律性來控制和分析過程。

4 控制圖的分類

SPC控制圖是對過程質(zhì)量加以測定、記錄、分析和檢測過程是否處于穩(wěn)定狀態(tài)含有控制界限的一種圖。1928年由沃特·休哈特博士率先提出。其指出：每一個方法都存在著變異，都受到時間和空間的影響，即使在理想的條件下獲得的一組分析結(jié)果，也會存在一定的隨機誤差。若某一個結(jié)果不在隨機誤差的允許范圍時，可運用數(shù)理統(tǒng)計的方法，判斷這個結(jié)果是異常的、不足信的。

最初的控制圖分為計量型與計數(shù)型兩類，包含八種基本圖表：計量型見表1；計數(shù)型見表2。

5 過程能力指數(shù)及計算

過程能力指數(shù)（又叫工序能力指數(shù)）指的是過程能力滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的標準程度。工序即指設備、工藝、人的操作、材料、測量工具與方法以及環(huán)境對過程質(zhì)量指標要求的綜合過程。它是質(zhì)量管理一項重要的技術(shù)基礎工作。它為產(chǎn)品設計，工藝，工裝設計，設備的維修、調(diào)整、更新、改造提供必要的資料和依據(jù)。

：計算公式（不考慮過程偏移）

：計算公式（考慮過程有偏移）

一般情況≥1.33，如果客戶有特殊要求按客戶特殊要求處理。若達不到要求，可計算一下值。如果值達到要求，說明過程穩(wěn)定，過程能力滿足要求，只是過程發(fā)生偏移，致使過程能力不好。此時應該通知相關(guān)人員對尺寸進行調(diào)整。若值也滿足不了要求，說明過程能力不足，則應繼續(xù)通過識別/糾正/重新計算程序，提高過程能力，直到滿足客戶要求。

6 結(jié)語

針對當前汽車氣缸套質(zhì)量生產(chǎn)檢測中，測量數(shù)據(jù)和記錄數(shù)據(jù)都需要人工來進行，成本高，效率不高，準確性較低，工作強度大，滿足不了當前質(zhì)量管理要求，因此將氣動測量檢測與SPC相結(jié)合，在低成本的情況下，可實現(xiàn)事先預防、高效控制的目的，進而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

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基金項目：陜西省科技廳項目編號：2015GY067，陜西省教育廳項目編號：15JF019。

作者簡介：徐淑萍（1974-），女，山西運城人，西安工業(yè)大學計算機科學與工程學院研究生導師，研究方向：嵌入式、計算機控制；李爾東（1989-），男，陜西咸陽人，西安工業(yè)大學計算機科學與工程學院碩士研究生，研究方向：計算機軟件與理論。

（責任編輯：蔣建華）