徐 挺，李宗亮

（中國(guó)工程物理研究院材料研究所，四川 綿陽(yáng)621908）

Excel在質(zhì)量控制中的應(yīng)用

徐 挺，李宗亮

（中國(guó)工程物理研究院材料研究所，四川 綿陽(yáng)621908）

在對(duì)一個(gè)零件進(jìn)行合格性判斷時(shí)，需要對(duì)諸多實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、統(tǒng)計(jì)和運(yùn)算，這一過程通常是手工進(jìn)行的。但當(dāng)加工零件數(shù)量和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較多時(shí)，手工進(jìn)行則易產(chǎn)生較多錯(cuò)誤，且效率較低。為此利用excel內(nèi)置的VBA及宏功能，通過編制程序的方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速運(yùn)算與處理功能，從而達(dá)到對(duì)零件進(jìn)行高效且準(zhǔn)確的合格性判斷。結(jié)合實(shí)例給出了這一控制過程。

尺寸控制；合格性判斷；電子表格；VBA

判斷一個(gè)零件是否合格，不僅要判斷它的線性尺寸是否合格，而且還有判斷它的形狀位置精度是否合格。其中，形位精度的計(jì)算由一些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納和計(jì)算推導(dǎo)得出。它雖然是個(gè)計(jì)算值，但也是產(chǎn)品合格性判斷中不可缺少的環(huán)節(jié)。例如半球件位置度的檢測(cè)（如圖1所示），按位置度檢測(cè)要求，先要測(cè)量半圓球的外徑、外高、內(nèi)徑、內(nèi)深，然后對(duì)它的壁厚分四點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

圖1　某半球零件示意圖

將這些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通過如下公式計(jì)算：

計(jì)算值θ為位置度，圖1中只有值θ≤SФ0.06時(shí)，該項(xiàng)值才合格。實(shí)際上我們所需要的只是一個(gè)位置度θ值，而參與計(jì)算的參數(shù)卻多達(dá)八個(gè)，且隨零件的變化而變化。當(dāng)批量生產(chǎn)該類零件時(shí)，其計(jì)算量是相當(dāng)大的。如果采用手工計(jì)算，極易產(chǎn)生錯(cuò)誤，且效率極低。因此，需要找出一種方法簡(jiǎn)化這種重復(fù)計(jì)算。

1　解決方案的分析

通過上例可看出此類問題具有的共同特點(diǎn)：

（1）隨著當(dāng)前尺寸的變化，需重新計(jì)算之后的控制尺寸；

（2）測(cè)量控制過程和計(jì)算過程固定不變；

（3）需要不斷反復(fù)計(jì)算。

在實(shí)際檢測(cè)中，盡管需要檢測(cè)和運(yùn)算的數(shù)據(jù)較多，但我們最關(guān)注的是當(dāng)前尺寸的實(shí)際值和之后零件的結(jié)果值，至于中間計(jì)算過程，無(wú)論多么復(fù)雜都可交由計(jì)算機(jī)處理（如圖2所示）。其中虛線部分就是需要質(zhì)量控制的部分，通過計(jì)算機(jī)編程來處理這些繁瑣但又固定不變的東西，這樣是一個(gè)較好的解決方案。

圖2　總體框圖

2　程序的編制

電子表格（Excel）可以將一堆雜亂無(wú)章的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織、分析，并有條理地展示出來。特別是利用表格的內(nèi)置函數(shù)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的各種計(jì)算和邏輯判斷，但電子表格（Excel）自帶的內(nèi)置函數(shù)大多用于統(tǒng)計(jì)，符合零件加工數(shù)據(jù)處理的內(nèi)置函數(shù)幾乎沒有，很難進(jìn)行較為深入的零件加工數(shù)據(jù)處理和工程計(jì)算，更不用說在質(zhì)量控制方面的應(yīng)用了。因此，要將電子表格運(yùn)用于零件加工數(shù)據(jù)處理和工程計(jì)算，以及之后的質(zhì)量控制，首先必須開發(fā)并創(chuàng)建一套符合科學(xué)和工程處理的自定義函數(shù)。未達(dá)到此目的，必須經(jīng)過如下幾個(gè)步驟才能完成自定義函數(shù)的建立（如圖3所示）。

圖3　創(chuàng)建自定義函數(shù)框圖

下面以位置度自定義函數(shù)的建立為例來具體說明自定義函數(shù)創(chuàng)建過程：

（1）編寫零件加工數(shù)據(jù)處理和工程計(jì)算的相關(guān)程序。其編譯過程首先打開電子表格（Excel）內(nèi)置的VBA語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境，進(jìn)入圖4所示程序編制環(huán)境，例如圖中位置度程序的編寫，程序語(yǔ)言為BASIC語(yǔ)言，其數(shù)學(xué)模型從上述的公式獲得。程序中的外高、外徑、壁厚等均為局部變量，該變量只在本程序有效。編譯參數(shù)時(shí)，設(shè)定各計(jì)算單元格均為雙精度浮點(diǎn)型，以滿足工程計(jì)算。

圖4　VBA開發(fā)環(huán)境

在程序編制時(shí)，可將零件加工所需的各種計(jì)算和質(zhì)量控制中所需的各種判斷，均可在此環(huán)境中編寫，在此就不一一累述了。

（2）將編好的程序創(chuàng)建為自定義函數(shù)（如圖5所示）。即在程序編制完成后，以加載宏的形式產(chǎn)生自定義函數(shù)。這是建立質(zhì)量控制表格的關(guān)鍵所在，將來在編制表格時(shí)，就可以直接調(diào)用這些函數(shù)來進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算和控制了。

圖5　建立自定義函數(shù)

（3）自定義函數(shù)創(chuàng)建完成后，還只能在當(dāng)前工作表格中使用，在別的工作表格中無(wú)法調(diào)用。如果應(yīng)用到所有的工作表格中，還需要將自定義函數(shù)以加載宏的形式轉(zhuǎn)換加載文件（如圖6所示）。

圖6　加載宏

（4）自定義函數(shù)經(jīng)過加載后，就成為電子表格（Excel）內(nèi)置函數(shù)的一部分，整個(gè)自定義函數(shù)中的變量上升為全局變量，可在所有表格中運(yùn)用。其使用方法與電子表格（Excel）默認(rèn)的內(nèi)置函數(shù)使用方法相同（如圖7所示）。

圖7　使用內(nèi)置函數(shù)

（續(xù)上圖）

3　零件質(zhì)量控制的實(shí)例

下面以圖1半球件實(shí)測(cè)為例，介紹Excel表格在質(zhì)量控制中的實(shí)際應(yīng)用，其數(shù)學(xué)模型為：

其中θ為位置度；θ極和θ赤分別表示半球件在兩極和赤道的誤差；H和h表示外高和內(nèi)深；外和內(nèi)表示外徑和內(nèi)徑；T1、T2、T3、T4表示半球件的四點(diǎn)壁厚。該公式除了θ、θ極和θ赤需要通過計(jì)算獲得外，其余各變量都是實(shí)際測(cè)量所獲得的。

（1）首先創(chuàng)建質(zhì)量控制表格?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況，以及加工零件時(shí)所需質(zhì)量控制的具體情況，建立質(zhì)量控制表格。例如圖8左邊所示的表格，該表格中黑體數(shù)字為實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，其余數(shù)據(jù)用于計(jì)算和判斷。當(dāng)開始構(gòu)建表格時(shí)每個(gè)單元格還不能計(jì)算和判斷數(shù)據(jù)，這時(shí)要將用于計(jì)算和判斷的單元格分別導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的自定義函數(shù)。然后當(dāng)輸入實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，用于計(jì)算和判斷的單元格就能自動(dòng)產(chǎn)生計(jì)算值和判斷值了。例如位置度的計(jì)算，將黑底框中的單元格進(jìn)入函數(shù)編輯，找出名為“位置度”的函數(shù)。雙擊打開該函數(shù)，輸入外徑 =C5、外高 =F5、內(nèi)徑 =I5、內(nèi)深=L5和T1=N14、T2=O14、T3=N15、T4=O15這八個(gè)參數(shù)，確定并退出函數(shù)參數(shù)后，實(shí)際表格中位置度單元格N16將會(huì)自動(dòng)計(jì)算并生成位置度的計(jì)算值SФ0.0017 mm（如圖8所示）。整個(gè)表格中其它的計(jì)算和判斷功能與之類似，只是需要?jiǎng)?chuàng)建不同的自定義參數(shù)罷了。

圖8　存儲(chǔ)示意圖

（2）當(dāng)零件質(zhì)量控制表格建立完成后，就可以產(chǎn)生如下的質(zhì)量控制。

1）將圖紙標(biāo)注的各尺寸輸入進(jìn)表格，表格將自動(dòng)計(jì)算出以后各工序尺寸控制范圍。例如：半球件外徑尺寸為SR100±0.02 mm，填入該數(shù)值后表格將自動(dòng)算出以后各工序外徑尺寸控制范圍，我們就按這個(gè)范圍來控制尺寸（如圖9所示）。

圖9　輸入控制尺寸

2）輸入本道工序的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，如果本道工序中出現(xiàn)報(bào)警提示符號(hào)，則返回該道工序繼續(xù)加工控制。如果本道工序中未出現(xiàn)報(bào)警提示符號(hào)，則進(jìn)入下一道工序的加工。例如：精加工工序中，雖然輸入的外徑、外高等的尺寸未出現(xiàn)報(bào)警提示，但位置度出現(xiàn)報(bào)警提示。說明該工序中的加工工件線性尺寸合格，但形位尺寸不合格，需繼續(xù)控制加工（如圖10所示）。

圖10　位置度報(bào)警

3）以此類推，直到最后一道工序結(jié)束。如果所有工序中均無(wú)報(bào)警提示符號(hào)，那么就可以自動(dòng)生成電子版的產(chǎn)品質(zhì)量報(bào)告單了（如圖11所示）。

（續(xù)下圖）

圖11　質(zhì)量報(bào)告單示意圖

（3）為了確保對(duì)所有數(shù)據(jù)的計(jì)算和判斷過程準(zhǔn)確無(wú)誤，防止人為介入，在程序編制完成后，采取了相應(yīng)的保護(hù)措施（如圖12所示）。整個(gè)實(shí)際表格中，除了需要錄入的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以修改以外，其它的單元格數(shù)據(jù)均無(wú)法改動(dòng)，否則出現(xiàn)報(bào)警提示。

圖12　程序保護(hù)示意圖

4　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，利用宏功能以及內(nèi)置的VBA編寫的質(zhì)量控制電子表格，完全改變了我們對(duì)Excel常規(guī)認(rèn)識(shí)，使得實(shí)際工作中的數(shù)據(jù)處理和分析功能更為強(qiáng)大。采用該表格在質(zhì)量控制方面具有以下顯著特點(diǎn)：首先是在每到工序加工前，已獲得了各實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的控制范圍，使得實(shí)際操作時(shí)心中有數(shù)，并為提早發(fā)現(xiàn)問題和解決問題提供了依據(jù)。其次是在每道工序加工結(jié)束后，都要進(jìn)行合格性的判斷。避免了零件加工完成后才發(fā)現(xiàn)不合格這一重大問題的出現(xiàn)。最后是整個(gè)過程自動(dòng)進(jìn)行無(wú)需人為干預(yù)。如自動(dòng)出具質(zhì)量報(bào)告單，數(shù)據(jù)處理和分析過程中均為自動(dòng)化進(jìn)行等。減少了人為誤操作，提高了數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，也提高了生產(chǎn)效率。可以肯定地說，加工零件的數(shù)量越多，復(fù)雜程度越高，所需控制的測(cè)量數(shù)據(jù)采用該方式建立的質(zhì)量控制表格越能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

［1］高麗，于濤，楊俊茹.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)［M］.第一版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012：68-72.

［2］羅振壁，朱耀祥.現(xiàn)代制造系統(tǒng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：113-119.

The Application of Excel in Quality Control

XU Ting，LI Zong-liang
（Materials Research Institute of China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621908，China）

When a part need to be judged，lot of data measurement need to be concluded，analysed and counted. Usually this process is done manually and inefficiency.This paper describes in detail how to use the excel built-in VBA and macro functions，the realization of the data fast calculation and processing functions，and gives the detailed process of combining examples.

size control；qualified judgement；electronic spreadsheet；VBA

TH161

A

1672-545X（2016）07-0245-04

2016-04-03

徐挺（1968-），男，重慶市人，本科，高級(jí)工程師，研究方向:精密檢測(cè)。