面向柔性自動化的成組統(tǒng)計質(zhì)量控制技術(shù)

摘要：針對柔性自動化生產(chǎn)環(huán)境下實施統(tǒng)計質(zhì)量控制(SQC－Statistical Quality Control)的難點－質(zhì)量數(shù)據(jù)不足的問題，本研究將成組思想引入統(tǒng)計質(zhì)量控制，以提高質(zhì)量數(shù)據(jù)的先驗性和質(zhì)量數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系，提出了基于工序質(zhì)量數(shù)據(jù)成組的成組統(tǒng)計質(zhì)量控制(GSQC-Group Statistical Quality Control)技術(shù)。通過對柔性自動化理論的研究和對實際生產(chǎn)環(huán)境的分析，證明了GSQC技術(shù)存在良好的制造技術(shù)基礎(chǔ)。提出了以p分位數(shù)不變?yōu)樵瓌t，以這一原則為基礎(chǔ)建立了基于統(tǒng)計變換的成組統(tǒng)計質(zhì)量控制圖的數(shù)學(xué)模型，給出了計算工序質(zhì)量數(shù)據(jù)成組的均值－方差質(zhì)量控制圖控制變量的計算過程。

長久以來，統(tǒng)計質(zhì)量控制一直是面向大批量生產(chǎn)的質(zhì)量保證技術(shù)，已有統(tǒng)計質(zhì)量控制方法的基礎(chǔ)都是基于大數(shù)定理的弱先驗性和非先驗性的統(tǒng)計理論，這些統(tǒng)計質(zhì)量控制方法很難被直接引入柔性自動化的小批量生產(chǎn)環(huán)境。但SQC低投入、高產(chǎn)出的技術(shù)特質(zhì)和在大批量生產(chǎn)中產(chǎn)生過的巨大經(jīng)濟(jì)效益[1,2]，使學(xué)術(shù)界一直沒有放棄將SQC技術(shù)引入基于柔性自動化的多品種、小批量的生產(chǎn)環(huán)境中的努力[3,4]。本文亦致力于這方面的研究 1. 成組統(tǒng)計質(zhì)量控制技術(shù)的提出 目前，國際上對小批量生產(chǎn)環(huán)境下實施統(tǒng)計質(zhì)量控制的研究主要集中在提高算法精度和提出新的質(zhì)量控制圖[5][6]，但無論什么樣的統(tǒng)計算法都需要足夠的樣本來統(tǒng)計，這方面的研究無法解決質(zhì)量數(shù)據(jù)不足的根本問題，在柔性自動化生產(chǎn)環(huán)境下實施SQC需要更有效的解決方法。成組思想不僅已被公認(rèn)為是提高FMS有效性和經(jīng)濟(jì)性的重要基礎(chǔ)，而且有充分理由說明成組技術(shù)是發(fā)展基于柔性自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的具有廣泛適用性的基礎(chǔ)性理論。有鑒于此，本文將成組技術(shù)引入統(tǒng)計質(zhì)量控制研究，提出了面向柔性自動化的成組統(tǒng)計質(zhì)量控制(GSQC－Group Statistical Quality Control)技術(shù)，以解決柔性自動化生產(chǎn)環(huán)境下被統(tǒng)計質(zhì)量不足的問題。 1.1 GSQC技術(shù)的工作原理 在柔性自動化生產(chǎn)環(huán)境下實施統(tǒng)計質(zhì)量控制的難點在于，質(zhì)量數(shù)據(jù)的不足。引入了成組思想的GSQC技術(shù)利用工序質(zhì)量數(shù)據(jù)的特點，將具有相似的工序質(zhì)量變異的工序質(zhì)量數(shù)據(jù)歸類成組，變小批量、分散的質(zhì)量數(shù)據(jù)為成組的大批量的質(zhì)量數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計變換的方法，將其簡化為服從同一種抽樣分布的統(tǒng)計子樣，之后利用同一種統(tǒng)計方法進(jìn)行統(tǒng)計分析。這樣就擴(kuò)大了被統(tǒng)計樣本的容量，從根本上解決柔性自動化生產(chǎn)環(huán)境下質(zhì)量數(shù)據(jù)不足的問題。 基于這種觀點，本研究在工序相似性的基礎(chǔ)上對加工過程實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)變換處理，消除被控質(zhì)量特征的量綱對控制界限和統(tǒng)計變量的影響，將反映相同或相似工序質(zhì)量變異情況的不同質(zhì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成服從相同統(tǒng)計分布的數(shù)據(jù)形式，再利用同一種統(tǒng)計方法進(jìn)行分析，實現(xiàn)不同但相關(guān)的統(tǒng)計特征之間的統(tǒng)計關(guān)系，達(dá)到充分利用同一種加工環(huán)境的歷史數(shù)據(jù)和部分相關(guān)數(shù)據(jù)的目的，從根本上解決了數(shù)據(jù)不足對中小批量生產(chǎn)中的統(tǒng)計過程質(zhì)量控制的限制。 不同統(tǒng)計量的標(biāo)準(zhǔn)化方法不同，但其基本理論可以通過一種最簡單的標(biāo)準(zhǔn)化過程說明，公式(1)是在假設(shè)正態(tài)分布的平均值 和整體方差 都已知的情況下對正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)化變換： (1) 式(1)中新得到的統(tǒng)計變量T為服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的無量綱隨機(jī)變量，控制界限在給定了第一類統(tǒng)計錯判的容許概率的情況下為固定不變的數(shù)值[7]。 1.2 GSQC技

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