一種面向數(shù)字化車間的產(chǎn)品多元質(zhì)量監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械產(chǎn)品加工制造過程質(zhì)量控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向數(shù)字化 車間的產(chǎn)品多元質(zhì)量監(jiān)控方法，是一種基于主成分分析方法的對機(jī)加產(chǎn)品制造質(zhì)量的工序 能力分析和質(zhì)量問題診斷的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 統(tǒng)計過程控制（SPC)是指應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計分析理論對生產(chǎn)過程進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)視 和控制的方法，它是質(zhì)量控制中的重要技術(shù)，是獲得合格產(chǎn)品質(zhì)量的有效保證工具，同時也 是過程性能監(jiān)視和過程異常診斷的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)SPC技術(shù)利用標(biāo)準(zhǔn)休哈特控制圖，能夠監(jiān)測 過程是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，并對過程異常進(jìn)行預(yù)警。這種質(zhì)量控制方法得到了廣泛的應(yīng)用，并 且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。SPC技術(shù)已相當(dāng)成熟，但是傳統(tǒng)SPC技術(shù)在實際應(yīng)用中仍存在一 些問題：
[0003] 首先，我國制造業(yè)水平不斷提高，大量先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備不斷投入使用，生產(chǎn)效率得 到了驚人的提高，傳統(tǒng)的依靠手工采集記錄質(zhì)量特性數(shù)據(jù)的工作方式已經(jīng)無法滿足企業(yè)的 需要。目前，制造業(yè)企業(yè)大量采用先進(jìn)的數(shù)控加工設(shè)備，提高了車間生產(chǎn)率，車間需要測量 的質(zhì)量數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，車間質(zhì)量檢驗的效率已經(jīng)成為制約生產(chǎn)效率提高的瓶頸。 此外，車間為了減少工序之間的不必要流轉(zhuǎn)，采用流水線工作方式，這種工作方式給質(zhì)量數(shù) 據(jù)的采集提出了更高的要求，要求質(zhì)量數(shù)據(jù)可以及時獲取及時處理，以防止上一道工序的 質(zhì)量問題進(jìn)入下一道工序，造成不必要的資源浪費。最后，企業(yè)車間生產(chǎn)具有柔性化的趨 勢，車間的產(chǎn)品種類多種多樣，這也給質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集提出了新的要求，要求針對不同類型 的質(zhì)量數(shù)據(jù)可以及時采集分析。基于數(shù)字化車間的最新特點，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式已經(jīng)不 能滿足數(shù)字化車間中統(tǒng)計過程控制對數(shù)據(jù)采集的要求。
[0004] 其次，傳統(tǒng)的統(tǒng)計過程控制由于測量技術(shù)、分析技術(shù)等限制往往只能完成對單變 量的統(tǒng)計過程控制。在實際應(yīng)用中采取對關(guān)鍵工序的關(guān)鍵質(zhì)量特性進(jìn)行單獨監(jiān)控，這種方 法在過去幾十年得到了廣泛應(yīng)用，在一定程度上大大提高了車間加工質(zhì)量水平。但是隨著 制造業(yè)水平的不斷提高，以及人們對質(zhì)量要求的不斷提高，這種對單變量進(jìn)行單獨控制的 方式暴露出一些問題。在實際車間制造過程中，各個工序之間以及各個質(zhì)量特性之間并不 全是相互獨立的，它們之間往往是相關(guān)的，將它們簡單的分別監(jiān)控起來必定會給車間質(zhì)量 控制帶來一定的誤差。而在數(shù)字化加工車間，這些誤差將給企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)損失。為 了將變量之間的相關(guān)關(guān)系考慮進(jìn)來，K. S. Chen，W. L. Pearn和P. C. Lin等人提出用變量間的 關(guān)聯(lián)圖來做進(jìn)一步監(jiān)控，采用這種方法的缺點是當(dāng)需要監(jiān)控的變量數(shù)量較多時，關(guān)聯(lián)圖的 數(shù)量增加太快，工作量大且可操作性不大。在這種背景下我們迫切需要將多元統(tǒng)計過程控 制（Multivariate Statistical Process Control，MSPC)與診斷技術(shù)應(yīng)用到車間統(tǒng)計過程 質(zhì)量控制中。采用MSPC技術(shù)對車間制造過程進(jìn)行質(zhì)量管理，可以有效的對制造過程中的各 個變量進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)整個制造過程中存在的隱患并及時處理，提高車間生產(chǎn)質(zhì) 量水平。
[0005] 針對傳統(tǒng)車間質(zhì)量控制方面存在的問題，構(gòu)建面向數(shù)字化車間的車間質(zhì)量信息采 集方案并對車間多元質(zhì)量控制問題展開深入研宄具有緊迫而現(xiàn)實的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種面向數(shù)字化車間的產(chǎn)品多元 質(zhì)量監(jiān)控方法，通過該方法可使車間對于關(guān)鍵產(chǎn)品的關(guān)鍵工序的質(zhì)量保證能力進(jìn)行量化的 評估，并在出現(xiàn)質(zhì)量問題時及時定位質(zhì)量問題產(chǎn)生的源頭，從而避免了進(jìn)一步的成本損失。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)手段。
[0008] 一種面向數(shù)字化車間的產(chǎn)品多元質(zhì)量監(jiān)控方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1 :通過機(jī)加車間內(nèi)部局域網(wǎng)構(gòu)建數(shù)字化車間質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集方案；
[0010] 步驟2 :通過采集關(guān)鍵工序的關(guān)鍵質(zhì)量特性得到質(zhì)量數(shù)據(jù)，對關(guān)鍵工序的多元質(zhì) 量特性進(jìn)行多元過程能力分析，當(dāng)多元過程能力分析結(jié)果滿足顧客提出的要求或質(zhì)量管理 體系的要求時，轉(zhuǎn)入根據(jù)關(guān)鍵質(zhì)量特性來確定抽樣方案和控制圖的類型的過程；當(dāng)多元過 程能力分析結(jié)果不滿足顧客提出的要求或質(zhì)量管理體系的要求時，需對質(zhì)量問題進(jìn)行分 析，找到解決問題的措施并加以糾正，直到達(dá)到質(zhì)量水平；
[0011] 步驟3 :控制圖選取一般原則是計量值控制圖優(yōu)先，確實沒有找到合適的計量值 控制圖的情況下，再考慮計件或計點控制圖；根據(jù)采集得到的質(zhì)量數(shù)據(jù)對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理，計算相應(yīng)的規(guī)格限，并繪制相應(yīng)的初始控制圖對過程進(jìn)行判穩(wěn)；
[0012] 步驟4:當(dāng)控制圖不處于受控態(tài)時，尋找系統(tǒng)異因，若未找到系統(tǒng)異因，則補(bǔ)充抽 樣并進(jìn)行控制圖的繪制；若找到系統(tǒng)異因，消除異因后，根據(jù)抽樣方案重新繪制控制圖；當(dāng) 控制圖處于受控態(tài)時，進(jìn)行生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)控；
[0013] 步驟5:當(dāng)監(jiān)控過程出現(xiàn)異常，尋找異常產(chǎn)生的原因；若找到異常的異因，看是否 需要修改控制圖；若需要對控制圖進(jìn)行修改，應(yīng)重新確定抽樣規(guī)則，并進(jìn)行控制圖的繪制， 反之使用之前的控制圖進(jìn)行生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)控；若監(jiān)控過程未出現(xiàn)異常，則加工結(jié)束，轉(zhuǎn)入對 下一個樣本的過程控制。
[0014] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0015] 本發(fā)明提出的數(shù)字化車間質(zhì)量數(shù)據(jù)采集方案具有可靠性，及時性，完整性和連續(xù) 性的特點。這些數(shù)據(jù)是保證質(zhì)量數(shù)據(jù)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，可靠性的基礎(chǔ)。
[0016] 本發(fā)明改進(jìn)了傳統(tǒng)的針對多元過程能力分析進(jìn)行降維的不足，提出改進(jìn)的主成 分規(guī)格區(qū)間計算方法，并提出一套多元過程能力指數(shù)計算方法，使得分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0017] 本發(fā)明針對多元質(zhì)量控制圖只能對多元統(tǒng)計量進(jìn)行監(jiān)控，對于宄竟是哪個變量引 起異常很難做出準(zhǔn)確解釋的問題提出一種基于主成分分析的多元質(zhì)量診斷方法，來幫助迅 速的定位異常位置，減少由此造成的車間成本損失。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明數(shù)字化車間數(shù)據(jù)采集方案。
[0019] 圖2是本發(fā)明的多元質(zhì)量控制與改進(jìn)模型圖。
[0020] 圖3是本發(fā)明的控制圖選擇流程圖。
[0021] 圖4是本發(fā)明的基于主成分分析的多元質(zhì)量控制診斷流程圖。
[0022] 圖5是實例零件圖。
[0023] 圖6是銑孔工序T2控制圖。
[0024] 圖7是銑孔工序MEWMA控制圖。
[0025] 圖8是第一主成分控制圖。
[0026] 圖9是第二主成分控制圖。
[0027] 圖10第三主成分控制圖。
[0028] 圖11是直徑變量的均值控制圖。
[0029] 圖12是深度變量的均值控制圖。
[0030] 圖13是距離1變量的均值控制圖。
[0031 ] 圖14是距離2變量均值控制圖。
[0032] 表1是零件質(zhì)量特性要求。
[0033] 表2是實際測量數(shù)據(jù)。
[0034] 表3是銑孔工序樣本數(shù)據(jù)主成分分析結(jié)果。
【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0036] 步驟1 :通過機(jī)加車間內(nèi)部局域網(wǎng)構(gòu)建數(shù)字化車間質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集方案，如圖1所 示。手工數(shù)據(jù)采集方式主要針對的是一些只有通過專用量規(guī)和目測式量具才能獲得的數(shù)據(jù) 及一些計數(shù)型的數(shù)據(jù)。RFID主要是用于質(zhì)量計劃編制時，RFID標(biāo)簽與車間每一型號的產(chǎn) 品--對應(yīng)，在生產(chǎn)現(xiàn)場通過掃描槍掃描RFID標(biāo)簽便可將該產(chǎn)品對應(yīng)的檢驗項顯示在統(tǒng) 計過程控制系統(tǒng)中。數(shù)字化智能量儀主要通過有線/無線方式與計算機(jī)相連，質(zhì)檢人員對 零部件特性進(jìn)行測量時便可將測量數(shù)據(jù)自動傳輸至統(tǒng)計質(zhì)量控制系統(tǒng)以進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析。
[0037] 步驟2 :通過采集得到的質(zhì)量數(shù)據(jù)，對關(guān)鍵工序的多元質(zhì)