基于多品種小批量的閥桿生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制

　　多品種、小批量、短周期的生產(chǎn)模式已逐漸成為現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)方式的主流。針對(duì)閥桿的技術(shù)要求以及工藝流程的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)加工過(guò)程的歷史數(shù)據(jù)尋找閥桿的關(guān)鍵質(zhì)量特性，并對(duì)關(guān)鍵工序?qū)嵤┵|(zhì)量控制。應(yīng)用貝葉斯預(yù)測(cè)理論的動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制方法對(duì)具體加工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控以及分析過(guò)程能力，分析加工過(guò)程中的問(wèn)題，提出了改進(jìn)方案，取得了預(yù)期的效果，不僅使得閥桿的加工過(guò)程沒(méi)有受到外來(lái)因素的影響而處于受控狀態(tài)，而且它將為其它加工過(guò)程的質(zhì)量控制提供重要的指導(dǎo)。這將有力的保證企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，提高顧客滿意度，降低成本，保證交貨期。

1、引言

　　閥桿是連接閥板與閥體的軸類零件，其一端與閥板通過(guò)螺紋連接，另一端穿過(guò)閥體上的孔來(lái)控制閥板在閥體中的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)閥門的功能。閥桿的生產(chǎn)屬于小批量生產(chǎn)，加工過(guò)程工序多且加工周期長(zhǎng)、加工費(fèi)用高。一旦產(chǎn)生不合格品，將嚴(yán)重影響產(chǎn)品性能和交貨期，也會(huì)對(duì)生產(chǎn)的安排產(chǎn)生影響，并且也會(huì)有很大的經(jīng)濟(jì)損失，這樣無(wú)序的管理狀態(tài)必將導(dǎo)致一系列問(wèn)題。因此對(duì)于小批量生產(chǎn)的閥桿質(zhì)量控制顯的尤為重要。

2、貝葉斯預(yù)測(cè)理論的動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制模型

　　對(duì)一個(gè)穩(wěn)定的加工工序，我們可以用常均值動(dòng)態(tài)線性模型來(lái)刻劃制造過(guò)程的質(zhì)量波動(dòng)。

　　觀測(cè)方程：

　　狀態(tài)方程：

　　初始信息：

　　式中：

　　yt—t時(shí)刻加工工序質(zhì)量特征的觀測(cè)值;μt—t時(shí)刻工序質(zhì)量特征的均值;vt—t時(shí)刻觀測(cè)誤差項(xiàng)，服從零均值、方差為Vt的正態(tài)分布;ωt—t時(shí)刻制造系統(tǒng)的狀態(tài)誤差項(xiàng)，服從零均值、方差為Wt的正態(tài)分布;D0—t=0時(shí)刻，關(guān)于工序質(zhì)量的初始信息集合;m0—在D0條件下對(duì)工序質(zhì)量特征均值μ0的一個(gè)估計(jì)值;C0—關(guān)于均值m0估計(jì)的方差。

　　對(duì)一個(gè)穩(wěn)定的工藝過(guò)程而言，有理由認(rèn)為方差Vt與Wt為常數(shù)，即Vt=Wt，Wt=W。通常把它們的比值r=W/V稱為信噪比。

　　閥桿生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量特性是在方差V、W均未知的情況下，因此其參數(shù)估計(jì)為：

　　這樣，僅需估計(jì)的初始先驗(yàn)：m0、C0、S0(令n0=1、d0=S0)就可按上述遞推算式，結(jié)合上一節(jié)討論的基本模型，即對(duì)過(guò)程可進(jìn)行動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制�；�于貝葉斯理論的控制圖控制線。其上、下控制限和中心線分別為：

　　評(píng)判：mt是否在落在[LCLt，UCLt]內(nèi)。

3、閥桿生產(chǎn)關(guān)鍵工序的確定

　　對(duì)閥桿生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的128個(gè)質(zhì)量不合格的歷史數(shù)據(jù)分析閥桿質(zhì)量不合格排列圖，如圖1所示。由閥桿質(zhì)量不合格排列圖得出結(jié)論：閥桿質(zhì)量問(wèn)題的主要原因是重要軸段外徑尺寸不合格，因此，在此次對(duì)閥桿生產(chǎn)的質(zhì)量控制中，將磨削后的外徑尺寸(Φ80c11×1700mm)選擇為關(guān)鍵質(zhì)量特性來(lái)作為質(zhì)量控制點(diǎn)。

圖1 閥桿質(zhì)量不合格排列圖

4、基于貝葉斯理論的閥桿質(zhì)量特性控制圖

　　4.1、動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制方法應(yīng)用程序圖

　　動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制方法應(yīng)用程序圖，如圖2所示。

圖2 動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制方法應(yīng)用程序圖

　　4.2、閥桿質(zhì)量特性控制圖的實(shí)現(xiàn)

　　根據(jù)貝葉斯動(dòng)態(tài)質(zhì)量特性控制模型，在閥桿加工之前應(yīng)首先應(yīng)確定一個(gè)初始先驗(yàn)(m0、C0、S0)，將關(guān)鍵工序軸的外徑尺寸做-0.15為監(jiān)控點(diǎn)。它的尺寸為Φ80-0.34mm。以其均值作為反映工序質(zhì)量變化的統(tǒng)計(jì)量：

　　式中：

　　t=i—加工的第i根閥桿;xi，1-第i根閥桿上，1-1截面的尺寸;xi，2-第i根閥桿上，2-2截面的尺寸;xi，3-第i根閥桿上，3-3截面的尺寸。

　　根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工序質(zhì)量的判斷，并結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為這一工序能力指數(shù)大約為1.0。因此，認(rèn)為t=0時(shí)刻(未進(jìn)行加工)工序質(zhì)量特征的標(biāo)準(zhǔn)偏差約為：

　　工序統(tǒng)計(jì)量x軃i的標(biāo)準(zhǔn)偏差約為

　　同時(shí)認(rèn)為工序無(wú)設(shè)置誤差，即工序值的目標(biāo)值為0.755mm;并且工序開(kāi)始時(shí)是穩(wěn)定的。用動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制模型對(duì)磨削工序質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控�？扇〕跏枷闰�(yàn)：m0=0.755mm，C0=σx2=0.0003mm，n0=1，d0=S0=0.003，δ=0.8，L=1.852，模型中μt的置信水平為(1-0.06248)的置信區(qū)間為(0.7505，0.7595)。閥桿Φ80c11mm軸段的外徑尺寸測(cè)量數(shù)據(jù)整理結(jié)果，如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)整理結(jié)果

　　由表1數(shù)據(jù)畫(huà)出閥桿的質(zhì)量控制圖，如圖3所示。

圖3 閥桿的質(zhì)量控制圖

　　根據(jù)控制圖判斷準(zhǔn)則可見(jiàn)閥桿磨削外圓的加工過(guò)程出現(xiàn)點(diǎn)子出界和傾向的情況，屬于不受控過(guò)程，需要對(duì)加工過(guò)程實(shí)施調(diào)控。由小批量過(guò)程能力指數(shù)Cp的計(jì)算方法得結(jié)論：Cp=0.604<1.33，過(guò)程能力太低，需要提高。

5、失控原因分析

5.1、失控原因分析

圖4 外徑質(zhì)量問(wèn)題魚(yú)刺圖

　　為了找出加工過(guò)程異常的原因和提出改進(jìn)方案，迅速成立QC小組，組織成員進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，認(rèn)為一般情況下，按照人、機(jī)器、材料、方法、環(huán)境、測(cè)量六個(gè)方面(5M1E)分析影響外徑尺寸的關(guān)鍵因素。經(jīng)過(guò)頭腦風(fēng)暴列出了所有可能影響加工尺寸的原因得到外圓尺寸質(zhì)量問(wèn)題的魚(yú)刺圖，如圖4所示。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的頭腦風(fēng)暴，分析影響Φ80c11mm尺寸的關(guān)鍵因素主要有：(1)操作者的操作水平;(2)磨削時(shí)的進(jìn)給速度;(3)每次的磨削深度;(4)砂輪的修整間隔時(shí)間;測(cè)量用的千分尺。重新校對(duì)千分尺發(fā)現(xiàn)，精度沒(méi)有問(wèn)題，應(yīng)該從另外四個(gè)方面尋找主要原因。為了保證分析準(zhǔn)確，對(duì)這幾個(gè)因素進(jìn)行散布圖分析和回歸性分析。運(yùn)用Minitab進(jìn)行散布圖分析，如圖5所示。Minitab散布圖分析結(jié)論：外徑尺寸與操作者有正相關(guān)性，與其它因素從圖形上看無(wú)相關(guān)性。原因分析結(jié)論：操作者由于某種心理在加工過(guò)程中有意識(shí)的向?qū)嶓w最大尺寸靠近是導(dǎo)致控制圖異常的主要原因。

圖5 散布圖分析結(jié)果

5.2、提高過(guò)程能力的方案

　　根據(jù)上述方法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定改善方案如下：(1)向操作者解釋加工過(guò)程分布中心等知識(shí)，使其改變向?qū)嶓w最大尺寸偏移的傾向性習(xí)慣;在加工過(guò)程中要以公差中心為依據(jù);(2)重新校對(duì)測(cè)量用的千分尺;(3)校對(duì)磨床的剛度、精度;(4)要求粗車后熱處理、半精車等過(guò)程中做好加工面的保護(hù)。

6、改善實(shí)施后效果分析

6.1、一次改善方案及實(shí)施后效果分析

　　在實(shí)施上述改進(jìn)方案后，控制圖重新恢復(fù)到界限內(nèi)，加工過(guò)程也正常，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)和整理結(jié)果實(shí)施干預(yù)，改進(jìn)后的質(zhì)量控制圖，如圖6所示。

圖6 實(shí)施改進(jìn)后的質(zhì)量控制圖

　　過(guò)程能力指數(shù)

　　其中bn可查取

　　而當(dāng)前樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差S′=0.024085，則

　　CP的置信水平(1-0.01)的置信區(qū)間為(0.709，1.967)

　　改善后過(guò)程能力分析結(jié)論：CP=1.22<1.33，加工過(guò)程處于中風(fēng)險(xiǎn)，還需采取措施提高過(guò)程能力。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)同一閥桿的3個(gè)不同截面尺寸存在著比較大的差異，這樣的差異影響了測(cè)量數(shù)據(jù)的分布，這就是過(guò)程能力任然不高的原因。分析認(rèn)為閥桿過(guò)長(zhǎng)(Φ80×2050mm)，材料為20鋼，自身剛度不夠和現(xiàn)有的裝夾方法是導(dǎo)致各截面尺寸差異較大的原因。

6.2、二次改進(jìn)方案及實(shí)施后效果分析

　　根據(jù)以上分析，提出二次改進(jìn)方案如下：(1)增加跟刀架數(shù)量為4個(gè);(2)適當(dāng)減小每次進(jìn)給量，以減小磨削過(guò)程中的變形;(3)注意磨削位置一定要有切削液帶走磨削熱;(4)注意加工過(guò)程中要修平砂輪;(5)重新校對(duì)千分尺。二次改善后控制圖，如圖7所示。改善后過(guò)程能力分析結(jié)論：CP=1.689>1.67，加工過(guò)程處于理想狀態(tài)。經(jīng)過(guò)兩次改善，使得過(guò)程能力達(dá)到了理想狀態(tài)。

圖7 二次改善后閥桿質(zhì)量控制圖

7、結(jié)論

　　多品種小批量生產(chǎn)方式有著區(qū)別于大批量生產(chǎn)的顯著特點(diǎn)，正是由于這些特點(diǎn)使得小批量生產(chǎn)方式的質(zhì)量控制不能完全使用傳統(tǒng)的SPC方法。然而，閥桿生產(chǎn)正是屬于典型的多品種小批量生產(chǎn)方式，因此，只能尋找一種適合小批量且符合生產(chǎn)實(shí)際的質(zhì)量控制方法。動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制方法就關(guān)注的對(duì)象是工序，引入動(dòng)態(tài)模型和貝葉斯理論來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，提出改進(jìn)的控制圖來(lái)監(jiān)控加工過(guò)程，可以改變企業(yè)生產(chǎn)靠經(jīng)驗(yàn)，事后檢驗(yàn)的現(xiàn)狀，為建立科學(xué)合理的預(yù)防控制質(zhì)量管理制度提供重要依據(jù)。