王智慧，王偉熙，李運(yùn)海，楊理清，莫 睿

(1.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司,廣西 桂林 541004;2.廣西超硬材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 桂林 541004;3.桂林海威科技股份有限公司,廣西 桂林 541004；4.桂林特邦新材料有限公司，廣西 桂林 541004)

0 前言

金剛石繩鋸由鋼絲繩、串珠及固結(jié)材料組成，金剛石繩鋸質(zhì)量的好壞主要取決于串珠質(zhì)量的好壞[1]。作為串珠制作過程中的主要工序：串珠冷壓工序質(zhì)量對金剛石繩鋸質(zhì)量起著十分重要的作用[2]。隨著技術(shù)的進(jìn)步，自動冷壓串珠己逐步成為串珠冷壓的主要生產(chǎn)方法，但因缺少熟練技術(shù)員工，在生產(chǎn)過程中不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并加以排除，經(jīng)常會因串珠冷壓坯重量超差過多導(dǎo)致冷壓坯不合格，這不僅增加了串珠制作成本，更增加了金剛石繩鋸質(zhì)量波動的風(fēng)險(xiǎn)。本文應(yīng)用常規(guī)控制圖原理對自動冷壓串珠重量進(jìn)行控制，使普通操作員工或管理人員能根據(jù)出現(xiàn)的異常模式査明其產(chǎn)生的原因并加以消除，以減少不合格品的機(jī)率。

1 預(yù)備工作

1.1 質(zhì)量特性的選擇

影響串珠冷壓質(zhì)量的質(zhì)量特性主要有冷壓坯重量、冷壓坯外徑及冷壓坯高度。冷壓坯外徑隨冷壓模具的磨損逐漸增大,冷壓模具的磨損是影響冷壓坯外徑唯一的因素。影響冷壓坯高度的因素相對較多，如冷壓壓力、串珠基體尺寸、冷壓模具磨損等，但冷壓坯高度偏差對串珠質(zhì)量影響較小，因而給的公差帶很寬，只要在生產(chǎn)初期調(diào)試好，很少會在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)超差。因此串珠冷壓坯外徑及高度只需定期取樣監(jiān)控即可,不必用控制圖進(jìn)行監(jiān)控。冷壓坯重量偏差對串珠質(zhì)量影響很大，且影響因素很多，用常規(guī)控制圖可以對冷壓坯重量偏差進(jìn)行很好的控制，根據(jù)控制圖形的異常變化模式可分析出冷壓坯重量偏差的原因。本文研究的質(zhì)量特性為冷壓坯重量。

1.2 冷壓坯重量取值約定

本文以Φ6.5串珠冷壓為例，討論應(yīng)用常規(guī)控制圖原理對自動冷壓串珠重量控制方法。

冷壓坯重量位置中心隨每批基體的平均重量不同而變化，這將不利于控制圖的繪制，為簡化控制圖，實(shí)際操作采用標(biāo)準(zhǔn)冷壓坯重量，其測量標(biāo)準(zhǔn)冷壓坯重量步驟如下：

(1)校正電子秤；

(3)去凈電子秤上的粉料，秤取冷壓坯重量。此時(shí)，電子秤上的讀數(shù)即為標(biāo)準(zhǔn)冷壓坯重量。此后，若無說明，冷壓坯重量都是指標(biāo)準(zhǔn)冷壓坯重量。標(biāo)準(zhǔn)冷壓坯重量規(guī)范為1.16±0.05g。

1.3 影響因素分析

(1)基體重量偏差：基體重量偏差是客觀存在的，生產(chǎn)中不可能做到測量每一個(gè)基體重量并進(jìn)行標(biāo)識,只能用批平均基體重量取代。

(2)冷壓模具磨損：冷壓坯重量隨冷壓模具磨損而變輕，為控制冷壓坯重量及延長冷壓模具使用壽命，在冷壓模具使用后期需適當(dāng)增加粉料的投放量。

(3)不同機(jī)器：不同機(jī)器因冷壓模具磨損程度不同等原因，導(dǎo)致冷壓坯所控制的重量平均值有所差別。

(4)不同批次粉料：目前，串珠自動冷壓多采用容積法，不同批次的粉料因粉料粒度不同等原因，導(dǎo)致冷壓坯重量有所差別。

(5)測量工具：測量工具損壞或保養(yǎng)不到位，將導(dǎo)致稱量錯(cuò)誤。

(6)計(jì)算錯(cuò)誤:每種異常模式都可能因計(jì)算錯(cuò)誤引起。在分析異常模式時(shí)，首先應(yīng)排除計(jì)算錯(cuò)誤。

1.4 控制圖類型的選擇

適用冷壓坯重量控制圖類型有平均值圖與極差圖、平均值圖與標(biāo)準(zhǔn)差圖、中位數(shù)圖與極差圖三種。平均值圖與極差圖以方便問題查找及操作簡單等特點(diǎn)在生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量控制中得到了十分廣泛的應(yīng)用[4]。本文也以平均值圖與極差圖為例對冷壓坯重量進(jìn)行常規(guī)控制圖分析。

1.5 檢驗(yàn)合理子組與子組大小的選擇

將所抽取的質(zhì)量特性數(shù)據(jù)分成一些子組，若使得組內(nèi)變差可認(rèn)為僅由偶然原因造成，而組間的任何差異可以是由控制圖所欲檢測的可査明原因造成，這樣的子組稱為合理子組[5]。對冷壓坯重量的抽檢而言，每隔一定的時(shí)間間隔按簡單隨機(jī)抽樣法抽取n顆冷壓坯進(jìn)行稱重,若在這一時(shí)間間隔內(nèi),基體及粉料批次不變、冷壓模具沒有更換、設(shè)備及操作人員沒有變化時(shí),將上述n顆冷壓坯重量數(shù)據(jù)編為一個(gè)子組,這樣的子組可近似為合理子組。本文一定的時(shí)間間隔取15分鐘，這一時(shí)間間隔不一定要求完全一致，控制在10分鐘到20分鐘均可,但抽取的冷壓坯重量編組必須符合合理子組的要求。子組大小n一般取4或5，本文子組大小n取為5；子組大小n一經(jīng)確定，應(yīng)保持不變；若子組大小發(fā)生變化，將使控制圖計(jì)算變得復(fù)雜，不利于生產(chǎn)現(xiàn)場使用。

1.6 組內(nèi)過程標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)

組內(nèi)過程標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值σ是通過收集和分析一些預(yù)備檢驗(yàn)數(shù)據(jù)和測量結(jié)果得來。預(yù)備檢驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)從一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的生產(chǎn)過程中逐個(gè)子組地進(jìn)行收集，直到獲得20至25個(gè)子組為止[4]。注意，在收集預(yù)備檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程中，過程不得間歇地受到外來因素的不當(dāng)影響，如原材料的供給、機(jī)器等方面的變化，換言之，在收集預(yù)備檢驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，過程應(yīng)該呈現(xiàn)出一種穩(wěn)定狀態(tài)。收集的部分預(yù)備檢驗(yàn)數(shù)據(jù)列為表1,本批基體的平均重量為0.93g。

表1 部分預(yù)備檢驗(yàn)數(shù)據(jù)列表Table 1 Partial preliminary inspection data list

圖1 極差控制圖Fig.1 Range control chart

由圖1可見，第12子組極差R12超出了極差控制上限，說明該極差控制圖處于失控狀態(tài)，需要查明原因。通過對第12子組冷壓坯重量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)第12子組第5個(gè)冷壓坯重量為1.22g,明顯高于其它冷壓坯重量,將該冷壓坯粉料及基體分離，稱得粉料重量為1.15g,基體重量為 1.00g,粉料重量在規(guī)范要求的范圍內(nèi),而基體重量超出規(guī)范較多,需對該批剩下的基體重新進(jìn)行檢驗(yàn),并視檢驗(yàn)結(jié)果對檢驗(yàn)流程及基體供應(yīng)商生產(chǎn)流程進(jìn)行改進(jìn)。

表2剔除失控子組后部分預(yù)備檢驗(yàn)數(shù)據(jù)列表
Table 2 Preliminary test data excluding the out of control subgroup

子組號(i)冷壓坯重量(g)Wi1Wi2Wi3Wi4Wi5WiRi11.141.171.161.181.141.1580.0481.151.161.181.221.181.1780.07111.141.151.161.191.151.1580.05121.191.181.171.171.181.1780.02241.141.151.161.171.141.1520.03平 均1.1600.0371

當(dāng)極差控制圖處于受控狀態(tài)后，可繪制平均值控制圖。當(dāng)子組大小n為5時(shí)，計(jì)算得子組平均值控制上限WiUCL為1.181g,子組平均值控制下限WiLCL為1.139g。剔除失控子組平均重量控制圖如圖3所示。

圖2 剔除失控子組極差控制圖Fig.2 Range control chart

圖3 剔除失控子組平均重量控制圖Fig.3 Average weight control chart without out-of-control subgroup

由圖3可見，平均重量控制圖未出現(xiàn)常規(guī)控制圖的八個(gè)模式[4]，該子組平均重量控制圖處于受控狀態(tài)。當(dāng)平均重量控制圖處于受控狀態(tài)后，可進(jìn)行冷壓坯重量標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)。

d2為與子組大小n有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)n=5時(shí)，d2=2.326[4]。

1.7 過程能力評估

當(dāng)過程處于受控狀態(tài)后，才可評估過程能力。過程能力一般用過程能力指數(shù)表示。

PCI=(WUTL-WLTL)/(6σ0)=1.04

式中：PCI為過程能力指數(shù);

WUTL、WLTL為冷壓坯重量上、下極限；

PCI為1時(shí)，過程能力剛好滿足規(guī)范要求。在許多實(shí)際工作中，通常取PCI等于1.33為最小可接受值[6]，因?yàn)榭偞嬖谝恍┏闃诱`差，而且不可能存在永遠(yuǎn)完全處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)的過程。然而，在自動串珠冷壓過程中，由于影響的因素較多，特別是串珠基體重量很難控制，很難在保持冷壓坯重量公差不變的條件下，使PCI達(dá)到1.33的要求，實(shí)際操作中，保持PCI大于1時(shí)，也能使冷壓坯重量較好的滿足要求。

表2中的W84等于1.22g,超出了冷壓坯重量規(guī)范上限,但該過程仍判為受控。引起該現(xiàn)象的原因分析己超出本文討論范圍，本文不作討論。

2 結(jié)果與討論

2.1 常規(guī)控制圖繪制及過程受控判定

圖4 極差控制圖 Fig.4 Range control chart

圖5 平均值控制圖Fig.5 Average control chart

每隔約15分鐘按簡單隨機(jī)抽樣,抽取5粒冷壓坯,并確保抽取的5粒冷壓坯能編成一個(gè)合理子組[4],秤取該5粒冷壓坯重量,并記錄在與表1表頭相同的表格中,計(jì)算該子組極差及平均重量。將該子組極差點(diǎn)繪在如圖4的極差圖上，若該點(diǎn)落在上、下控制線RiUCL、RiLCL之間(含控制線上)，說明該過程極差處于受控狀態(tài)，否則，該過程極差處于失控狀態(tài)，需暫停生產(chǎn)，查明原因后才能生產(chǎn)。

該過程極差處于受控狀態(tài)后，將該子組平均重量點(diǎn)繪在如圖5的平均值控制圖上。若平均值控制圖未出現(xiàn)常規(guī)控制圖中的八個(gè)模式，說明該生產(chǎn)過程處于受控狀態(tài)，否則，該生產(chǎn)過程處于失控狀態(tài)，需暫停生產(chǎn)，查明原因后才能再生產(chǎn)。

當(dāng)過程保持受控狀態(tài)，或偶有過程失控、但事后能查明原因時(shí)，應(yīng)定期重新估計(jì)冷壓坯重量標(biāo)準(zhǔn)差及過程能力，重新評估時(shí)須取最近連續(xù)20～25個(gè)子組數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)及過程能力評估。若新估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差與在用的標(biāo)準(zhǔn)差相差較大(如超過10%)時(shí)，應(yīng)根據(jù)重新估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差，繪制新的極差控制圖及平均值控制圖。每次評估，過程能力指數(shù)應(yīng)大于1，標(biāo)準(zhǔn)差不能有逐步上升的趨勢，否則，將容易出現(xiàn)不合格品批，此時(shí)，須引起公司管理層的重視。

2.2 平均控制圖常見失控模式及原因分析

(1)1個(gè)點(diǎn)落在A區(qū)以外

如圖6所示,第22點(diǎn)落在了上控制線WiUCL之外，第84點(diǎn)落在了下控制線WiLCL之外，表明第21點(diǎn)與22點(diǎn)及第83點(diǎn)與84點(diǎn)之間的過程失控,需查明原因才能生產(chǎn)。引起該現(xiàn)象的可能原因?yàn)椋篈、串珠基體重量偏差；B、串珠冷壓模具磨損；C、不同批次粉料；D、測量工具不準(zhǔn)。經(jīng)調(diào)查，第84點(diǎn)是因冷壓模具磨損，第22點(diǎn)是因基體換成另一批次而基體的批平均重量沒有變換。

圖6 1個(gè)點(diǎn)落在A區(qū)以外Fig.6 one point out of Area A

(2)連續(xù)6點(diǎn)遞減

如圖7所示，第24點(diǎn)至第29點(diǎn)連續(xù)6點(diǎn)遞減，盡管各點(diǎn)均落在上下控制線以內(nèi)，但該過程己處于失控狀態(tài),需查明原因才能生產(chǎn)。經(jīng)查，引起該模式的原因?yàn)榇槔鋲耗＞邍?yán)重磨損，提示需更換冷壓模具。

圖7 連續(xù)6點(diǎn)遞減Fig.7 Continuous 6-point decline

(3)連續(xù)14點(diǎn)中相鄰點(diǎn)交替上下

如圖8所示，第12點(diǎn)至第25點(diǎn)連續(xù)14點(diǎn)中相鄰點(diǎn)交替上下，盡管各點(diǎn)均落在上下控制線以內(nèi)，但該過程己失控,需查明原因后才能生產(chǎn)。引起該現(xiàn)象的原因?yàn)椋航惶娉槿膳_機(jī)器生產(chǎn)的冷壓坯。經(jīng)查，該兩臺機(jī)器各項(xiàng)性能很好,均使用較新的模具,具體原因卻是一臺機(jī)器將子組平均值定在WiCL之上，一臺機(jī)器將子組平均值定在WiCL之下所引起,這種模式在實(shí)際操作中出現(xiàn)的幾率很小。

圖8 連續(xù)14點(diǎn)中相鄰點(diǎn)交替上下Fig.8 14 consecutive alternate points

(4)連續(xù)3點(diǎn)中有2點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的B區(qū)以外

如圖9所示，第22點(diǎn)～第24點(diǎn)及第47點(diǎn)～第49點(diǎn)間連續(xù)3點(diǎn)中有2點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的B區(qū)以外，盡管各點(diǎn)均落在控制線以內(nèi)，但該過程己失控,需查明原因后才能生產(chǎn)。

圖9 連續(xù)3點(diǎn)中有2點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的B區(qū)以外 Fig.9 2 out of 3 consecutive points are out of Area B on the same side of the center line

經(jīng)查：

第22點(diǎn)～第24點(diǎn)模式失控原因是因粉料偏重引起，需減少粉料重量才能生產(chǎn)，否則，將因冷壓坯超重過多導(dǎo)致冷壓批不合格。

第47點(diǎn)～第49點(diǎn)模式失控原因是因冷壓模具磨損導(dǎo)致漏料引起的，出現(xiàn)該模式時(shí)，提示需要調(diào)整粉料重量或更換冷壓模具。否則，將因冷壓坯偏輕過多導(dǎo)致冷壓批不合格。

(5)連續(xù)5點(diǎn)中有4點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的C區(qū)以外

如圖10所示，第22點(diǎn)～第26點(diǎn)及第71點(diǎn)～第75點(diǎn)間連續(xù)5點(diǎn)中有4點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的C區(qū)以外，盡管各點(diǎn)均落在控制線以內(nèi)，但該過程己失控,需查明原因后才能生產(chǎn)。

圖10 連續(xù)5點(diǎn)中有4點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的C區(qū)以外 Fig.10 4 out of 5 consecutive points are out Of Area C on the same side of the center line

經(jīng)查：

第22點(diǎn)～第26點(diǎn)模式失控原因是因粉料偏重引起，需減少粉料重量才能生產(chǎn)，否則，將因冷壓坯超重過多導(dǎo)致冷壓批不合格。

第71點(diǎn)～第75點(diǎn)模式失控原因是因冷壓模具磨損導(dǎo)致漏料引起的，出現(xiàn)該模式時(shí)，提示需要調(diào)整粉料重量或更換冷壓模具。否則，將因串珠冷壓坯偏輕過多導(dǎo)致冷壓批不合格。

(6)連續(xù)8點(diǎn)落在中心線兩側(cè)且無一在C區(qū)內(nèi)

如圖11所示，第21點(diǎn)至第28點(diǎn)間連續(xù)8點(diǎn)落在中心線兩側(cè)且無一在C區(qū)內(nèi)，盡管各點(diǎn)均在控制線以內(nèi)，但該過程己失控,需查明原因后才能生產(chǎn)。經(jīng)查引起該現(xiàn)象的原因?yàn)椋撼槿膳_機(jī)器生產(chǎn)的冷壓坯。經(jīng)查，該兩臺機(jī)器各項(xiàng)性能很好，均使用較新的模具，一臺機(jī)器將子組平均值定在WiCL之上，一臺機(jī)器將子組平均值定在WiCL之下所引起,這種模式在實(shí)際操作中出現(xiàn)的幾率小。

圖11 連續(xù)8點(diǎn)落在中心線兩側(cè)且無一在C區(qū)內(nèi) Fig.11 8 consecutive points on both sides of the center line and none of them in Area C

3 結(jié)論

(1)用常規(guī)控制圖可以對串珠冷壓坯重量進(jìn)行很好的控制，生產(chǎn)中可根據(jù)平均值控制圖圖形的變化可分析出導(dǎo)致串珠冷壓坯重量失控的原因,并加以消除。

(2)平均值控制圖和極差控制圖以方便問題查找及操作簡單等特點(diǎn)在生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量控制中得到十分廣泛的應(yīng)用。利用平均值控制圖和極差控制圖對串珠冷壓坯重量進(jìn)行控制是十分有效的。

(3)引起串珠冷壓坯重量失控的主要因素有串珠基體重量超差、冷壓模具磨損、將不同機(jī)器抽取的串珠冷壓坯重量點(diǎn)繪在同一張控制圖上、不同批次粉料影響、測量工具不準(zhǔn)及計(jì)算錯(cuò)誤等，其中以串珠基體重量超差出現(xiàn)的機(jī)率最高，其次是冷壓模具磨損，其它幾種因素出現(xiàn)的機(jī)率較少。

(4)平均重量控制圖若出現(xiàn)常規(guī)控制圖中的八個(gè)模式，說明該生產(chǎn)過程處于失控狀態(tài)，須暫停生產(chǎn)，查明原因。否則，將會因過程失控使串珠冷壓坯重量超差過多導(dǎo)致冷壓批不合格。