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        不合格品率控制圖及數(shù)據(jù)庫(kù)追溯法的應(yīng)用與分析

        2022-12-29 01:52:02張宜森殷燕東李筱琳
        關(guān)鍵詞:不合格品機(jī)械加工流程

        張宜森 殷燕東 李筱琳

        (中國(guó)航空工業(yè)雷華電子技術(shù)研究所,江蘇無錫 214000)

        在機(jī)械加工中,由于設(shè)計(jì)原因而造成的不合格狀況較少,絕大部分質(zhì)量問題都能夠在制造過程中通過采取相應(yīng)措施和手段而進(jìn)行規(guī)避。假定,在機(jī)械加工過程的每道工序中都通過采取合理檢驗(yàn)手段作為一個(gè)簡(jiǎn)易的控制措施,那么整個(gè)零部件的制造流程就是一個(gè)可控流程,從而預(yù)防在產(chǎn)品驗(yàn)收時(shí)發(fā)現(xiàn)大量不合格品。傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)過程控制技術(shù)利用休哈特控制圖等工具,通過采集大量具有質(zhì)量特性的樣本,對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布的參數(shù)估計(jì),當(dāng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)異常,偏離正常趨勢(shì)時(shí),即采取相應(yīng)的質(zhì)量管控手段,將某一加工過程維持在受控狀態(tài),進(jìn)而保持質(zhì)量穩(wěn)定[1]。

        1 常規(guī)不合格品控制圖的原理及應(yīng)用

        在不合格品率為p 的機(jī)械加工產(chǎn)品中,抽取一定數(shù)量,從該數(shù)量產(chǎn)品的質(zhì)量特性判斷整體產(chǎn)品是否合格:計(jì)抽取的產(chǎn)品樣本數(shù)為n,該樣本容量中的不合格品個(gè)數(shù)為X,則不合格品數(shù)X 服從二項(xiàng)分布b(n,p)。該二項(xiàng)分布受樣本容量及不合格品率影響,通過控制圖記述樣本容量及不合格品率的數(shù)據(jù),以此反映質(zhì)量趨勢(shì),即可以判斷出該生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定且受控。

        1.1 收集樣本數(shù)據(jù)

        常規(guī)不合格品控制過程中進(jìn)行檢驗(yàn)的抽樣樣本為k,針對(duì)不同的機(jī)械加工產(chǎn)品,其每個(gè)樣本所包含的樣本數(shù)根據(jù)會(huì)根據(jù)實(shí)際情況不同而對(duì)應(yīng)發(fā)生改變。一般而言,考慮到出現(xiàn)不合格品的幾率極限趨勢(shì)無限大的情況,單個(gè)樣本數(shù)量應(yīng)與顧客要求不合格率或生產(chǎn)制造方規(guī)定不合格品率的乘積為單位1,如:顧客要求不合格率或生產(chǎn)制造方規(guī)定不合格品率為0.1 時(shí),單個(gè)采樣樣本數(shù)量應(yīng)≥10;不合格品率為0.01 時(shí),單個(gè)采樣樣本數(shù)量應(yīng)≥100。

        1.2 控制圖要素確認(rèn)

        1.2.1 機(jī)械加工產(chǎn)品控制圖的中心線

        對(duì)單個(gè)樣本的不合格品率,以ni表示為第i 樣本的采樣容量,以(np)i表示該樣本中的不合格品數(shù)量,由此計(jì)算第i 個(gè)樣本的不合格品率為公式(1):

        其中n為抽取的產(chǎn)品樣本數(shù),p為不合格品率,ni為第i樣本的采樣容量。

        對(duì)多個(gè)樣本的總不合格品率為公式(2):

        1.2.2 機(jī)械加工產(chǎn)品控制圖的控制界限

        假設(shè)某批機(jī)械加工產(chǎn)品樣本的容量n,該樣本中不合格品率服從正態(tài)分布N(p,p (1-p)/n)。

        控制界限為同中心線距離相等的兩條控制線之間的區(qū)域,控制界限如下:

        其中,由于樣本容量不同時(shí),控制界限也隨之發(fā)生變化,因此盡量使ni相同,當(dāng)各樣本數(shù)量ni不同時(shí),若滿足各樣本容量中時(shí),

        1.3 不合格品率控制圖的實(shí)際應(yīng)用

        以表1 收集的不同批次機(jī)械加工產(chǎn)品零件為例,此時(shí)

        表1 傳統(tǒng)不合格品率控制圖的繪制及應(yīng)用

        由以上數(shù)據(jù)要素繪制傳統(tǒng)不合格品率控制圖,如圖1 所示。

        圖1 原始數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)不合格品率控制圖

        1.4 判斷生產(chǎn)過程是否可控

        從圖1 中,可以明顯地發(fā)現(xiàn)樣品序號(hào)為6 和8 的兩組樣本數(shù)據(jù)明顯超出上控制界限,可以得到該生產(chǎn)過程超出質(zhì)量控制的結(jié)論。先將樣本序號(hào)為6 和8 的兩組不受控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行剔除,再次對(duì)其余數(shù)據(jù)進(jìn)行管控判斷,此時(shí)K=23,代入公式(3),公式(4)及公式(5)重復(fù)計(jì)算不合格品率及上、下控制線為:

        其中,下控制界限LCL 在機(jī)械加工中,不可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)數(shù)的情況,因此,在本組控制過程判斷中,將LCL=-0.6%做LCL=0%取值處理。剔除不受控?cái)?shù)據(jù)后,重新計(jì)算該組數(shù)據(jù)的總不合格品率及控制圖上、下界限值。繪制不合格品率控制圖如圖2,通過控制圖所示可以明顯發(fā)現(xiàn)該生產(chǎn)過程已處于可控狀態(tài)。

        圖2 剔除不受控?cái)?shù)據(jù)的不合格品率控制圖

        1.5 判斷生產(chǎn)過程是否滿足質(zhì)量要求

        通常在機(jī)械加工過程中,以實(shí)際要求的不合格品率作為決定質(zhì)量要求的特性。如上述實(shí)際例子所示,整改后的不合格品率為8.7%,處于控制過程計(jì)算所得的上下界限內(nèi)。但倘若該機(jī)加產(chǎn)品實(shí)際質(zhì)量要求的不合格品率為5%,即使修改后的機(jī)械加工數(shù)據(jù)在不合格品率控制圖中處于受控狀態(tài),但生產(chǎn)過程的平均不合格品率仍然超出質(zhì)量要求的上限,應(yīng)該繼續(xù)采取相應(yīng)措施進(jìn)行不斷改進(jìn)。

        該案例可以說明,當(dāng)機(jī)械加工產(chǎn)品即使處于生產(chǎn)過程受控狀態(tài)時(shí),產(chǎn)品質(zhì)量也不一定符合規(guī)定的要求。但產(chǎn)品質(zhì)量是否符合要求的前提條件必然是其生產(chǎn)過程的質(zhì)量狀態(tài)受控,因此可繼續(xù)通過調(diào)節(jié)相應(yīng)批次的某些不合格因素,最終使生產(chǎn)過程受控的同時(shí),達(dá)到符合質(zhì)量要求的目的[2]。

        1.6 不合格品率控制圖的使用缺陷

        控制圖的方法對(duì)不合格品產(chǎn)生要素具有定位準(zhǔn)確、改進(jìn)快速等特點(diǎn),但是,不合格品控制圖的使用仍然需要建立在一個(gè)擁有較大的數(shù)據(jù)樣本的基礎(chǔ)上,在進(jìn)行“多品種、小批量”機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn)工作中,缺乏一定的適用性。

        2 數(shù)據(jù)庫(kù)追溯法

        筆者結(jié)合工作中的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn),提出一種針對(duì)“多品種、小批量”機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量管理辦法,該辦法基于被檢零部件的過往記錄積累,從優(yōu)化檢驗(yàn)流程的角度出發(fā),使被檢零部件受樣本量影響的程度減到最小。將眾多零部件的檢驗(yàn)記錄歸納于一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi),在進(jìn)行檢驗(yàn)工作的同時(shí),進(jìn)行記錄查找和數(shù)據(jù)更新[3]。

        2.1 初次檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)建立

        數(shù)據(jù)庫(kù)初次建立流程如圖3 所示,在進(jìn)行初次檢驗(yàn)的流程中,著重偏向的工作是進(jìn)行該被檢工件數(shù)據(jù)庫(kù)的建立,數(shù)據(jù)庫(kù)需包括“圖號(hào)”、“批次號(hào)”、“報(bào)工時(shí)間”、“檢驗(yàn)員”、“檢驗(yàn)結(jié)論”、“問題描述”等相關(guān)信息。這些信息的填報(bào)方式依據(jù)各單位數(shù)字化信息程度的不同做自行選擇。數(shù)字化信息程度低的制造單元,可進(jìn)行手動(dòng)填寫輸入;數(shù)字化程度高的制造單元,可搭建相關(guān)電子信息數(shù)據(jù)庫(kù),便于存儲(chǔ)和更新。

        圖3 初期數(shù)據(jù)庫(kù)搭建流程圖

        2.2 后期檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)利用與補(bǔ)充

        在已經(jīng)建立有一定階段和一定積累的數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上,當(dāng)進(jìn)一步進(jìn)行零部件檢驗(yàn)工作時(shí),該流程著重偏向的是質(zhì)量信息數(shù)據(jù)庫(kù)的查找利用和補(bǔ)充完善,流程如圖4 所示。數(shù)據(jù)庫(kù)中未發(fā)現(xiàn)該圖號(hào)零部件信息時(shí)或當(dāng)該圖號(hào)零件的外協(xié)廠家發(fā)生變更,本質(zhì)上即為該圖號(hào)進(jìn)行首次檢驗(yàn),按照首次檢驗(yàn)要求進(jìn)行相關(guān)流程的執(zhí)行;若通過數(shù)據(jù)庫(kù)的信息查找,發(fā)現(xiàn)當(dāng)該批被檢零部件加工環(huán)境未發(fā)生變更,但以往的質(zhì)量歷史記錄中存在有被判定的某些質(zhì)量問題,則質(zhì)量檢驗(yàn)員只需要對(duì)該特定的歷史質(zhì)量問題進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。復(fù)驗(yàn)后,對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的質(zhì)量問題及信息同步進(jìn)行補(bǔ)充和更新。

        圖4 后期數(shù)據(jù)庫(kù)完善流程圖

        3 不合格品率控制圖法和數(shù)據(jù)庫(kù)追溯法的優(yōu)缺點(diǎn)分析

        3.1 不合格品率控制圖法優(yōu)點(diǎn)

        不合格品控制圖是將檢驗(yàn)數(shù)據(jù)通過計(jì)算及整理,運(yùn)用圖像的形式進(jìn)行體現(xiàn),可以較為直觀地判斷出被檢零件的超差批次和質(zhì)量趨勢(shì),從而可對(duì)不同超差批次的質(zhì)量問題做進(jìn)一步的分析和解決。不合格品控制圖由于具有“可視性”及“可控性”,因此在質(zhì)量控制過程中十分行之有效。

        3.2 不合格品率控制圖法缺點(diǎn)

        不合格品控制圖的計(jì)算和繪制需要相當(dāng)量數(shù)據(jù)的積累才能較準(zhǔn)確地描述出質(zhì)量問題趨勢(shì)和突出某批次偏離合格質(zhì)量狀態(tài)的程度。較少的數(shù)據(jù)不足以提供有效的樣本,且數(shù)據(jù)越少,偏離程度將越高,質(zhì)量問題發(fā)散性越嚴(yán)重。同理,在針對(duì)某批次質(zhì)量過程不可控的問題分析及解決時(shí),可參考的依據(jù)也不足,不能充分判斷出詳實(shí)具體的影響原因,對(duì)后續(xù)的質(zhì)量管控判斷造成較大困難。

        3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)追溯法優(yōu)點(diǎn)

        由于該方法的提出和推廣是基于具有“多品種、小批量”的機(jī)械加工零部件,現(xiàn)階段機(jī)械加工產(chǎn)品的程序化和穩(wěn)定性較高,因此可以主觀地判定,一批少量的零件中,通過對(duì)該批次中1 至2 件進(jìn)行檢驗(yàn),若沒有質(zhì)量問題發(fā)生,則該批次零部件均合格;若通過對(duì)其中1 至2 件進(jìn)行檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量問題,則該批次零部件均不合格。如此判定,則受到樣本數(shù)量的影響將縮減到最小。

        3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)追溯法缺點(diǎn)

        數(shù)據(jù)庫(kù)的建立由于需要大量歷史記錄作為積累依據(jù),因此在短時(shí)間內(nèi)無法進(jìn)行行之有效的應(yīng)用。且對(duì)數(shù)字化程度不高的生產(chǎn)單元來講,手動(dòng)數(shù)據(jù)記錄會(huì)耗費(fèi)較多的時(shí)間和精力,也容易在數(shù)據(jù)錄入的過程中發(fā)生書寫不規(guī)范和信息錯(cuò)誤等問題,對(duì)后期的數(shù)據(jù)庫(kù)查找使用造成一定程度的影響。而對(duì)數(shù)字化程度較高的生產(chǎn)單元,即使在信息錄入和使用上擁有較多便利,但是信息數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)也需要相應(yīng)的專業(yè)人員,這將增加額外的生產(chǎn)成本。

        4 總結(jié)與展望

        本文主要進(jìn)行了對(duì)不合格品率控制圖及數(shù)據(jù)庫(kù)追溯法的實(shí)際應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)分析。通過對(duì)被檢零部件進(jìn)行抽樣檢驗(yàn),將各批次不合格品率通過計(jì)算與分析,繪制不合格品率控制圖,從而快速有效判斷出該零部件的機(jī)械加工生產(chǎn)過程是否受控。在不合格品率控制圖的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究針對(duì)機(jī)械加工“多品種、小批量”的現(xiàn)狀,筆者提出數(shù)據(jù)庫(kù)追溯法的檢驗(yàn)流程,該方法從流程角度出發(fā),有效地避免了因?yàn)闃颖玖啃?、?shù)據(jù)不全面等不利于檢驗(yàn)工作開展的問題。

        機(jī)械加工行業(yè)是所有工商業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),隨著機(jī)械加工行業(yè)智能化和標(biāo)準(zhǔn)化的不斷提高,機(jī)械加工的生產(chǎn)模式正在由大規(guī)模逐漸向多樣化、柔性化發(fā)生根本變化[4]。顧客在進(jìn)行迎合市場(chǎng)發(fā)展、研發(fā)試驗(yàn)、戰(zhàn)略調(diào)整及多元化競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí),進(jìn)一步突出了機(jī)械加工單元對(duì)高利潤(rùn)、高產(chǎn)值的期望和顧客需求多樣化、多變化的突出矛盾[5]。尤其在航空航天、武器裝備、輕工制造等具有特殊背景的行業(yè),其產(chǎn)品的“多品種、小批量”特點(diǎn)尤為明顯,這促進(jìn)了質(zhì)量管理方法和檢驗(yàn)檢測(cè)方式的不斷創(chuàng)新和完善。

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