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        小批量航天產(chǎn)品研制過程中SPC控制圖的應(yīng)用

        2019-01-28 10:21:00李劍文盧雍卿李建勛
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2019年2期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)分析

        李劍文 盧雍卿 李建勛

        摘 要:依據(jù)統(tǒng)計過程控制(SPC)控制圖原理,運用X-R(均值-極差控制圖)和X-Rs(單值-移動極差控制圖)對某批次生產(chǎn)的陀螺組合零偏數(shù)據(jù)的一致性和穩(wěn)定性進行分析,判讀產(chǎn)品研制過程質(zhì)量受控情況。通過案例分析,SPC控制圖有助于小批量航天產(chǎn)品研制過程中的質(zhì)量把控。

        關(guān)鍵詞:航天產(chǎn)品;數(shù)據(jù)分析;SPC控制圖

        中圖分類號:F273.2 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:2095-2945(2019)02-0179-03

        引言

        隨著我國航天產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,我國對航天器的需求量逐步增加。為降低衛(wèi)星產(chǎn)品的研制成本,國家倡導(dǎo)了衛(wèi)星平臺化、單機產(chǎn)品型譜化,單機產(chǎn)品的生產(chǎn)模式從研制型,逐漸轉(zhuǎn)變成為多品種、小批量的研制模式。如何保證單機產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和技術(shù)狀態(tài)一致性成為影響單機研制任務(wù)成功的關(guān)鍵因素。

        SPC控制圖是通過對生產(chǎn)過程或工序的質(zhì)量特性進行測定、記錄,從而實現(xiàn)對生產(chǎn)過程進行監(jiān)測和控制的一種質(zhì)量工具。

        在小批量航天產(chǎn)品的研制過程中,可以通過幾類控制圖結(jié)合的方法,對產(chǎn)品指標(biāo)參數(shù)的波動情況進行跟蹤。跟蹤產(chǎn)品研制過程中重要參數(shù)變化,確定正常波動的范圍,對生產(chǎn)過程起到早期報警的預(yù)防作用,并且通過隨時觀察控制圖,來了解指標(biāo)的波動情況,減少對常規(guī)檢測的依賴性。

        本文以小批量陀螺組合研制過程中零偏數(shù)據(jù)為樣本,結(jié)合SPC控制圖,對零偏數(shù)據(jù)進行了分析研究,確保產(chǎn)品質(zhì)量可靠,指導(dǎo)后續(xù)產(chǎn)品的研制生產(chǎn)。

        1 控制圖原理

        控制圖(Control Chart)是對過程質(zhì)量特性值進行測

        定、紀(jì)錄、評估,從而監(jiān)察過程是否處于控制狀態(tài)的一種用統(tǒng)計方法設(shè)計的圖,圖中有中心線(Central Line, CL)、上控制線(Upper Control limit, UCL)和下控制線(Lower Con

        trol limit, LCL),并有按時間順序抽取的樣本統(tǒng)計值數(shù)值的描點序列。如圖1所示。

        UCL和LCL統(tǒng)稱為控制線(Control lines)。若控制圖中的描點落在UCL與LCL之外或描點在UCL與LCL之間的排列不隨機,則表明過程異常。

        控制圖可用以直接控制與診斷過程。當(dāng)一個過程達到了可以認(rèn)可的狀態(tài)以后, 即統(tǒng)計穩(wěn)態(tài)和技術(shù)穩(wěn)態(tài), 就從分析用控制圖階段進入了控制用控制圖階段??刂朴每刂茍D階段的目的是保持穩(wěn)態(tài)。將分析用控制圖的控制界限延長作為控制用控制圖, 利用控制用控制圖對過程進行實時控制, 對每一組新收集到的數(shù)據(jù), 運用判異準(zhǔn)則來判斷過程是否異常, 即過程的總體參數(shù)是否發(fā)生變化。如果出現(xiàn)異常, 說明過程的穩(wěn)態(tài)被破壞, 需要調(diào)整恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。

        常規(guī)計量值控制圖有以下四種:

        (1)X-R:均值-極差控制圖。對于計量數(shù)據(jù)而言,這是最常用最基本的控制圖。它用于控制的對象為長度、重量、強度等計量值的場合。X控制圖主要用于觀察正態(tài)分布的均值的變化,R控制圖用于觀察正態(tài)分布的分散或變異情況的變化,兩者聯(lián)用可以觀察正態(tài)分布的變化。

        (2)X-s:均值-標(biāo)準(zhǔn)差控制圖。與X-R圖相似,只是用標(biāo)準(zhǔn)差s圖代替極差R圖。當(dāng)樣本量較大時,極差估計效率降低,需要應(yīng)用s圖。

        (3)Me-R:中位值-極差控制圖。也與X-R圖相似,是用中位數(shù)Me圖代替均值X圖。由于中位數(shù)確定比均值更簡單,多用于現(xiàn)場需要把測試數(shù)據(jù)直接記入控制圖進行控制的場合。

        (4)X-Rs:單值-移動極差控制圖。主要用于對每一個產(chǎn)品都進行檢驗,采用自動化檢測的場合,取樣費時、昂貴的場合,以及如化工等氣體與液體流程式過程,產(chǎn)品均勻的場合。它不像前三種控制圖取得較多的信息,所以用它判斷過程變化的靈敏度也要差一點。

        2 航天產(chǎn)品統(tǒng)計過程控制分析

        某批次生產(chǎn)了3臺陀螺組合,從產(chǎn)品完成調(diào)試到產(chǎn)品交付驗收經(jīng)過了若干項篩選試驗和環(huán)境試驗考核,試驗后測試陀螺零偏,因此將陀螺零偏作為統(tǒng)計過程的控制對象,如表1所示。

        陀螺組合產(chǎn)品規(guī)范期望的標(biāo)準(zhǔn)值有:

        零偏ω0=8.25°/h,標(biāo)準(zhǔn)差σ0=0.14

        在產(chǎn)品研制過程中,需要觀察每只陀螺的零偏的變化情況,并分析該批次陀螺組合零偏穩(wěn)定性。根據(jù)前面章節(jié)的介紹,可以發(fā)現(xiàn)X-Rs單值-移動極差控制圖和X-R均值-極差控制圖適用于該產(chǎn)品的過程數(shù)據(jù)分析。

        X-Rs單值-移動極差控制圖適用于一次只能測得一個數(shù)據(jù),或由于產(chǎn)品質(zhì)量特性比較均勻,一次只需測量一個數(shù)據(jù)的情形。使用時先作Rs圖,在Rs圖判穩(wěn)后,再作X圖,分別在X與Rs控制圖上描點,根據(jù)點的分布與變化趨勢來判斷指標(biāo)是否處于受控狀態(tài)。X控制圖用來觀察分析參數(shù)X的即時變化情況,Rs控制圖主要是跟蹤觀察分析歷次測試參數(shù)離散波動變化情況。

        X-R均值-極差控制圖是獲得工序情報最多的一種控制圖,計量值先作適當(dāng)?shù)姆纸M,求出每組的極差R和每組的平均值X。X圖與R圖分別用于判斷生產(chǎn)過程的均值與極差是否處于或保持在所要求的受控狀態(tài)。兩圖同時使用可以實現(xiàn)有效控制生產(chǎn)過程的目的,當(dāng)樣本較多時則可選用X-S控制圖。

        以下應(yīng)用單值-移動極差控制圖和均值-極差控制圖分析本批次陀螺組合零偏數(shù)據(jù)的質(zhì)量情況。

        2.1 X-Rs控制圖

        以01#陀螺組合的X軸陀螺零偏(共10個樣本)為例,分析其零偏和移動極差。

        首先計算陀螺零偏的移動極差,如表2所示。

        參照GB/T 4091-2001《常規(guī)控制圖》,查表可知控制圖參數(shù):

        d2=1.128,D1=0,D2=3.368

        首先計算Rs控制圖參數(shù):

        CL=d2×σ0=0.158

        UCL=D2×σ0=0.516

        LCL=D1×σ0=0

        繪制Rs控制圖如圖2(a)所示。移動極差控制圖顯示X陀螺零偏為統(tǒng)計控制狀態(tài),進一步繪制單值控制圖。

        制作X控制圖如圖2(b)所示。

        由此可見,X陀螺零偏在研制過程中零偏數(shù)據(jù)穩(wěn)定,一致性較好,質(zhì)量受控。

        同理,可以對本批次其余8只陀螺的研制過程零偏穩(wěn)定性進行判讀。

        2.2 X-R控制圖

        使用X-R控制圖對本批次3臺陀螺組合的零偏(共9組樣本)情況進行分析。

        首先計算各個軸陀螺的零偏均值和極差,如表3所示。

        表中子組大小n=10,參照GB/T 4091-2001《常規(guī)控制圖》,查表可知控制圖參數(shù):

        A=0.949,d2=3.078,D1=0.687,D2=5.469;

        計算R控制圖參數(shù):

        CL=d2×σ0=0.431

        UCL=D2×σ0=0.766

        LCL=D1×σ0=0.096

        R控制圖如圖3(a)所示。由圖可知,各軸陀螺零偏的R控制圖判穩(wěn),進一步繪制均值控制圖。參數(shù)如下:

        均值控制圖如圖3(b)所示。

        由此可見,本批次3臺陀螺組合零偏在研制過程中過程的變異度與均值均處于穩(wěn)態(tài),質(zhì)量穩(wěn)定。

        3 結(jié)束語

        航天產(chǎn)品研制過程中要通過各類試驗驗證,運用SPC控制圖技術(shù)對產(chǎn)品的關(guān)鍵參數(shù)分析、控制,可以實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的控制,還能提煉出產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)包絡(luò)線,提升后續(xù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)一致性和質(zhì)量穩(wěn)定性。

        隨著信息化技術(shù)在航天企業(yè)應(yīng)用的不斷加深, 在小批量產(chǎn)品研制過程中,MES系統(tǒng)結(jié)合SPC控制圖技術(shù)對重要參數(shù)運用控制圖分析,可以及時發(fā)現(xiàn)異常波動, 從而進行有效地控制,確保產(chǎn)品研制過程的狀態(tài)受控,預(yù)防不合格的發(fā)生,從而提升航天產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

        參考文獻:

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