批量生产的统计过程控制技术的研究

河北工业大学硕士学位论文面向多品种小批量生产的统计过程控制技术的研究姓名：曹爱萍申请学位级别：硕士专业：管理科学与工程指导教师：孔造杰20061101河北工业大学硕士学位论文i面向多品种小批量生产的统计过程控制技术的研究摘要质量控制是质量管理的重要内容，是指为达到质量要求所采取的作业技术和活动，其目的在于对过程进行监视、发现并排除在过程各阶段产生的问题，贯彻预防为主的原则，以保证产品质量和经济效益。统计过程控制是质量控制的重要方法，而控制图又是统计过程控制的关键技术，但由于传统的控制图产生于大批量、刚性生产环境中，难以应用于小批量生产环境中。随着小批量生产日益普及，如何应用包括控制图在内的统计过程控制方法，使这种经典质量控制技术的精髓也能为个性化生产所用，具有重要的应用价值。小批量生产的特点是数据少、产品质量信息不足，无法采用常用的控制方法，所以有必要进行小批量生产过程质量控制研究，提出比传统控制图更有效的方法，这正是本论文的研究内容。本论文包括以下几个方面：第一，介绍了质量控制在当今社会的重要性，回顾了质量控制、质量控制方法的发展状况，介绍了统计过程控制的产生、发展、含义及实质，重点论述了多品种小批量控制图以及多元统计过程控制在国内外的研究及发展状况。第二，介绍了统计过程控制的理论基础，包括正态分布的概率统计和t分布的基础知识。第三，介绍了控制图的基本原理，包括控制图的生成、控制图的作用，以及如何利用控制图判断生产过程是否处于稳定状态。第四，分析了小批量生产条件下传统均值控制图的缺陷，构造了基于贝叶斯方法的单变量质量特性控制图，并对其进行了仿真分析。第五，指出了多元质量控制的研究意义，构造了基于贝叶斯方法的多元质量特性控制图。关键词：质量控制，统计过程控制，小批量生产，贝叶斯方法，控制图面向多品种小批量生产的统计过程控制技术的研究iiTHESTUDEYOFSTATISTICALPROCESSCONTROLINMULTI-SPECIFICATION&SMALL-BATCHPRODUCTIONABSTRACTQualityControlisanimportantaspectinQualityManagement.Itmeansthejobtechnologyandactivitiesadoptedtoachievethequalityrequestandaimstoinspecttheprocess,findandeliminatetheproblemsofeveryphase.Itcarriesthroughtheprincipleofpreventiontoassureproductqualityandeconomicbenefit.StatisticalProcessControl(SPC)istheimportantmethodofQualityControl,andControlChartisthecriticaltechnologyofSPC.BecausethetraditionalControlChartbroughtinMassProductionandrigidproductionenvironmentcanhardlybeappliedinsmall-batchproduction.AsthepopularizationoftraditionalControlChart,howtoapplytheSPCmethodandmaketheclassicalQualityControltechnologyintotheindividualproductionmeansalot.Thecharacterofsmall-batchproductionislackofdataandproductqualityinformation,andwecannotadopttheconventionalcontrolmethod.SothereisanecessitytostudytheQualityControlinsmall-batchproductionandputforwardamoreefficientmethod.Followingisthemaincontentsofthispaper:Firstly,pointouttheimportanceofQualityControlinnowadaysocietyandlookbacktheevolutionofQualityControlandQualityControlmethod;introducetheproduce,progress,meaningsandessentialofSPC,andmakeemphasesonthestudyanddevelopmentofSPCinmulti-specificationandsmall-batchproductionhomeandabroad.Secondly,introducethetheorybasisofSPC,whichincludestheprobabilitystatisticsofnormaldistributionandthebasicknowledgeoftdistribution.Thirdly,introducethebasictheoryofControlChart,whichincludestheproduceofControlChart,thefunctionofControlChart,andpointouthowtouseControlCharttojudgewhethertheprocessisinstabilizationornot.Fourthly,analyzethedisadvantageoftraditionalmeanControlChartinsmall-batchproductioncondition,andbyconstructingunitarynormallinearmodel,themathematicalmodelsfortheunitaryQualityControlcharacteristicsareestablished.河北工业大学硕士学位论文iiiFifthly,pointoutthemeaningofmultivariateQualityControlstudy,andbyconstructingmulti-normallinearmodel,themathematicalmodelsforthemultivariateQualityControlcharacteristicsareestablished.KEYWORDES:qualitycontrol,statisticalprocesscontrol,small-batchproduction,bayesianmethod,controlchart河北工业大学硕士学位论文1第一章绪论§1-1质量控制的重要性[1，2]1994年，美国著名质量管理专家朱兰（J.M.Juran）在美国质量管理学会年会上指出：20世纪以“生产力的世纪”载入史册，未来的21世纪将是“质量的世纪”。1、近一二十年来，科学技术迅猛发展，产品的不合格率迅速降低，尤其是电子产品昀为明显，其不合格率由过去百分之一（10-2）、千分之一（10-3）的数量级，降低到百万分之一（ppm,partspermillion,10-6）甚至十亿分之一（ppb,partsperbillion,10-9）的水平。2、生产水平由过去的3σ质量水平演进为6σ质量水平。3σ水平下均值无偏移不合格率为2.7*10-3，而6σ水平下均值无偏移不合格品率为2.0*10-9（参见表1.1），故后者比前者降低了135万倍！而3σ质量水平下均值偏移1.5σ的不合格品率为66807*10-6，6σ质量水平下均值偏移1.5σ的不合品率为3.4*10-6（参见表1）,这里,均值偏移1.5σ是根据当前的科技水平,有种种因素所确定的,故后者比前者降低了20000倍,可称之为超严格质量要求（SuperStrictQualityRequirements）!表1.1Lσ质量水平的均值无偏移不合格率与均值偏移1.5σ情形下的不合格率Table1.1Theunqualifiedratewithnoexcursionand1.5σexcursionofLσqualitylevelLσ质量水平均值无偏移情形的不合格率均值偏移1.5σ情形的不合格率1σ质量水平31．7*10-2697670*10-62σ质量水平4．55*10-2308770*10-63σ质量水平2．70*10-366807*10-64σ质量水平63．3*10-66210*10-65σ质量水平0．573*10-6233*10-66σ质量水平0．002*10-63.4*10-67σ质量水平0．0025596*10-90.019*10-66σ与3σ的比较无偏移条件下，6σ不合格率比3σ小135万倍偏移1.5σ条件下，6σ不合格率比3σ小2万倍3、各行各业各种产品都有其相应的超严质量要求。空调、冰箱的重要部件压缩机，目前的国际水平是不合格品率200ppm，世界昀高质量水平是巴西EMBRACO公司保持的不合格品率34ppm，而我国合资企业雪花EMBRACO公司的不合格品率为800ppm。深圳一家生产磁头的企业，其产品全部外销，目前面向多品种小批量生产的统计过程控制技术的研究2他们产品的不合格品率是2%，昀好的时候可达到1‰，而国际水平是200ppm。4、当前质量形势。当今社会，国家间的竞争正逐渐被市场的竞争、产品的竞争所代替。质量已不再是奢侈的要求，而是任何产品所必须具备的，是迈向市场的通行证。若不具备质量的优势，任何产品都逃不到被淘汰的命运。不断的质量改进是企业昀基本的、不懈追求的目标。要想在国际市场上站稳脚跟，每个企业、每种产品都要面对它自己的超严质量要求，生产出达到世界级质量的产品，否则就难以在国际市场上立足。§1-2质量控制及质量控制方法的发展[3，4]1-2-1质量控制的发展质量控制是指为达到质量要求所采取的作业技术和活动，其目的在于对过程进行监视、发现并排除在过程各阶段产生的问题，贯彻预防为主的原则，以保证产品质量和经济效益。产品的质量是人类社会一直关注的问题。人类对质量控制理论和技术的发展是逐渐由定性控制走向定量控制，由被动控制走向主动控制，由局部控制走向全面控制的过程。回顾人类对质量控制的发展历史，其大致可分为三个阶段：第一阶段是质量检验阶段，也叫事后检验阶段。它是质量控制的初级阶段。一般以20世纪初至40年代末为界。第二阶段是统计质量控制(Statisticalqualitycontrol，简称SQC)阶段。这一阶段的时间从20世纪40年代末至50年代末。统计质量控制实现了从被动的事后把关到生产过程的积极预防的转变，相对于检验把关的传统管理来说，统计质量控制是观念的更新，检查职能的更新，是质量控制和管理方法上的一次飞跃。第三阶段是全面质量管理阶段。这一阶段从60年代开始一直延续至今。自60年代以来，全面质量管理的观念逐步被世界各国所接受，在实践中得到了丰富和发展，形成了一整套的理论、技术和方法。回顾质量控制的发展历程，可以看到：人们在解决质量问题中的观念和所运用的技术和方法，是在不断发展和完善的，三个阶段不是互相孤立和互相排斥的，后一阶段并不是对前一阶段质量职能的否定和取消，而是在前一阶段基础上的继承和发展。可见质量管理思想的进步经历了一个从被动走向主动、从片面走向全面、从治标走向治本的发展过程。1-2-2质量控制方法的发展伴随着质量观念的演变和质量管理思想的不断完善，用于解决质量问题的质量控制方法也得到了迅猛发展。至今己发展了多种实用的质量控制方法，这些方法按照功用大致可以分为三类:面向设计的方法、面向分析的方法和统计过程控制方法。(1)面向设计的方法的主要功能是辅助人们进行质量规划、设计或改进