基于多品种小批量的阀杆生产过程质量控制1引言阀杆是连接阀板与阀体的轴类零件，其一端与阀板通过螺纹连接，另一端穿过阀休上的 孔來控制阀板在阀体中的运动，以实现阀门的功能阀杆的生产属于小批量生产，加工过程 工序多且加工周期长、加工费用高一旦产生不合格品，将严重影响产品性能和交货期，也 会对生产的安排产生影响，并且也会有很大的经济损失，这样无序的管理状态必将导致一系 列问题因此对于小批量工产的阀杆质量控制显的尤为重要2贝叶斯预测理论的动态质杲控制模型对一个稳定的加工工序，我们可以用殆均值动态线性模黑来刻划制造过程的质量波动观测方程：, t;厂 N [0, V J状态方程：：/z別厂/V[0, IFj初始信息：式中：yt—t时刻加工工序质量特征的观测值；对―t吋刻工序质量特征的均值；vt—t时刻观测误差项，服从零均值、方差为vt的正态分布；(ot—t Iht刻制造系统的状态误差项，服从零均值、方差为肌的止态分布；DO—1=0时刻，关于工序质量的初始信息集合；讪―在DO条件下对工序质量特征均值卩0的一个估计值；CO-关于均值mO估计的方差对一个稳定的工艺过程而言,有理由认为方差Vt与Wt为常数,即Vt=Wt, Wt=W0通常 把它们的比值r=W/V称为信噪比。
阀杆生产过程的质量特性是在方差V、W均未知的情况下，|大|此其参数估计为:这样,仅需估计的初始先验：mO、CO、SO (令nO=l. dO=SO)就可按上述递推算式,结 合上一节讨论的基本模型，即对过程可进行动态质量控制基于贝叶斯理论的控制图控制线 其上、下控制限和中心线分别为：； L(.Lt =fiQ -/>评判：mt是否在落在［LCLt, UCLt］内3阀杆生产关键工序的确定対阀杆生产过程中出现的128个质量不合格的历史数据分析阀杆质昴不合格排列图，如 图1所示山阀杆质量不合格排列图得出结论：阀杆质量问题的主要原因是重要轴段外径尺 寸不合格，因此，在此次对阀杆生产的质量控制中，将磨削后的外径尺>J-((D80cllxl700mm) 选择为关键质量特性來作为质量控制点图1阀杆质量不合格排列图4基于贝叶斯理论的阀杆质量特性控制图4. 1动态质最控制方法应用程序图动态质最控制方法应用程序图，如图2所示 图2动态质量控制方法应用程序图4.2阀杆质量特性控制图的实现根据贝III•斯动态质量特性控制模型，在阀杆加工之询应首先应确定一•个初始先验（mO、 CO、SO）,将关键匸序轴的外径尺寸做-0.15为监控点。
它的尺寸为080-0.34mnio以其均值 作为反映工序质量变化的统计量：式中：t=i—加工的第i根阀杆；xi, 1-第i根阀杆上，1-1截而的尺寸；xi, 2-第i根阀杆上，2-2截而的尺寸；xi, 3-第i根阀杆上，3-3截面的尺寸根据对现场工序质量的判断，并结合以往的经验，认为这一工序能力指数大约为1・0.因此，认为仁0时刻（未进行加工）工序质量特征的标准偏差约为：\ ~776.0=0・ 19/6=0.0引7inm, {j=\ ,2,3}工序统计量X彈i的标准偏差约为 trr =rTt /V^^- ^O.O183min同时认为工序无设置误差，即工序值的目标值为0.755mm；并口工序开始时是稳定的 用动态质量控制模型対磨削工序质量进行监控可取初始先验：m0=0. 755mm, C0=ox2=0. 0003mm,n0=l,d0=S0=0. 003,5=0. 8,L=1. 852,模型中 也 的置信水平为(1-0・ 06248) 的置信区间为(0.7505, 0.7595)阀杆＜D80cllmm轴段的外径尺寸测量数据整理结果,如 表1所示表1数据報理结杲G 厶\返 UCL CL LCL0 90.7550.0031 0.003 O.OOO30.0320.7870.7550.7231 0.771 0.11 0.756 0.016 0.0032 0.751 0.12 0.755 -0.005 0.0032O.OO15O.OOO23 0.001 0.00010.0240.0200.7790.7550.7310.7750.7550.7353 0.702 0.13 0.748-0.053 0.0054 0.0014 0.00020.0250.78 0.755 0.734 0.689 0.14 0.739-0.0590.0079 5 0.0016 0.00025 0.7980.1480.747 0.059 0.0108 6 O.OO18O.OOO30.0280.0310.7830.7550.7270.7860.7550.7246 0.7810.1560.752 0.034 0.011 7 0.0016 0.00037 0.842 0.16 0.766 0.09 0.0177 8 0.002 0.00040.0290.0350.7840.7550.7260.79 0.755 0.728 0.7790.1660.768 0.013 0.0178 9 0.002 0.00030.0330.7880.7550.7229 0.699 0.17 0.756 4).0690.0217100.0022 0.0004100.6800.1750.743-0.076 0.026 110.0024 0.00040.0360.0370.7910.7550.7190.7920.7550.71811 0.768 0.1790.747 0.025 0.0265120.0022 0.00040.0360.7910.7550.719120.758 0.18 0.749 0.011 0.026613 0.002 0.0004130.7830.1840.755 0.0340.027140.0019 0.00030.0350.0320.79 0.755 0.720.7870.7550.723140.792 0.1870.762 0.037150.8130.1890.772 0.0510.0280.030.032160.824 0.19 0.782 0.0520.032150.0018 0.000316 0.002 0.00036 0.035170.00190.00036 0.0350.7870.7550.7230.7900.7550.7200.7900.7550.7200.7900.7550.720170.841 0.1920.793 0.059 0.0348180.00190.00036 0.035山农1数据画岀阀杆的质鼠控制图，如图3所示。
cf T 二图3阀杆的质量控制图根据控制图判断准则可见阀杆磨削外圆的加工过程出现点子出界和倾向的情况，属于不 受控过程，需耍对加工过程实施调控山小批量过程能力指数Cp的计算方法得结论： Cp二0.604VI.33,过程能力太低，需要提高5失控原因分析5.1失控原因分析图4外径质彊问题鱼刺图为了找出加工过程异常的原因和捉出改进方案，迅速成立QC小纽.，纽织成员进行头脑 风暴，认为一般情况下，按照人、机器、材料、方法、环境、测量六个方面（5M1E）分析影 响外径尺寸的关键因素经过头脑风暴列出了所有可能影响加工尺寸的原因得到外圆尺寸质 量问题的鱼刺图，如图4所示经过进一步的头脑风暴，分析影响①80cnmm尺寸的关键因 素主要有：（1）操作者的操作水平；（2）磨削时的进给速度；（3）每次的磨削深度；（4）砂 轮的修整间隔吋间；测量用的千分尺重新校对千分尺发现，精度没有问题，应该从另外四 个方而寻找主要原因为了保证分析准确，対这儿个因索进行散布图分析和冋归性分析运 ffl Minitab进行散布图分析,如图5妙际Minitab散布图分析结论:外径尺寸与操作者有 正相关性，与其它因素从图形上看无相关性。
原因分析结论：操作者山于某种心理在加工过 程中有意识的向实体最大尺寸靠近是导致控制图异常的主要原因 图5散布图分析结果5.2提高过程能力的方案根据上述方法，结合现场实际情况，确定改善方案如卞：（1）向操作者解释加工过程分 布中心等知识，使其改变向实体最大尺寸偏移的倾向性习惯；在加工过程中要以公差中心为 依据；（2）重新校对■测杲用的千分尺；（3）校对磨床的刚度、精度；（4）要求粗车后热处理、 半精车等过程中做好加-匸面的保护6改善实施后效果分析6.1 一次改善方案及实施后效果分析在实施上述改进方案后，控制图垂新恢复到界限内，加工过程也止帘，根据测最数据和 整理结果实施I：预，改进后的质量控制图，如图6所示图6实施改进后的质最控制图过程能力指数Cp 二 b"p=b6S其中bn可杳収615=0.93015+ % ⑴巧瑕」）.%"—卿 j 57；-rz=79.85-79.66=0.19mm（：p 二 b C =1） 尸 几 p n料 93OE而当前样本的标准偏差S-0. 024085,则79.85-79.66 ”6x0.024085 —CP的置信水平（1-0. 01）的置信区间为（0.709, 1. 967）改善后过程能力分析结论：CP=1・22<1.33,加工过程处于中风险，述需采取措施提高过 程能力。
经过分析发现同一阀杆的3个不同截面尺寸存在着比较大的差异，这样的差异影响 了测昴数据的分彳J,这就是过程能力任然不高的原因分析认为阀杆过长（①80x2050mm）, 材料为20钢，自身刚度不够和现有的装夹方法是导致齐截而尺寸差异较大的原因6. 2二次改进方案及实施后效果分析根据以上分析，提出二次改进方案如下：（1）增加跟刀架数量为4令（2）适当减小每 次进给量，以减小磨削过程中的变形；（3）注意磨削位置一定要有切削液带走磨削热；（4） 注意加工过程中耍修平砂轮；（5）重新校对千分尺二次改善后控制图，如图7所示改善 后过程能力分析结论：CP=1.689>1.67,加工过程处于理想状态经过两次改善，使得过程 能力达到了理想状态 加「时序图7二次改善后阀杆质量控制图7结论多品种小批量生产方式有着区别于大批量生产的显著特点，止是山于这些特点使得小批 最生产方式的质最控制不能完全使用传统的SPC方法然而，阀杆生产正是属于典型的多品 种小批量生产方式，因此，只能寻找一种适合小批量IL符合生产实际的质量控制方法动态 质昴控制方法就关注的対象是工序，引入动态模型和贝叶斯理论來进行数据变换，提出改进 的控制图來监控加工过程，可以改变金业生产靠经验，事后检验的现状，为建立科学合理的 预防控制质呆管理制度提供重要依据。