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摘要 摘要 质量是现代工业社会和各国经济建设中一个受到普遍关注的突出问题，质量在国家 的战略高度、企业的竞争力和客户的需求等层面上都有极其重要的意义。研究证明，控 制产品质量的根本，在于对产品加工过程即生产工序的控制，而非仅对加工成品的检验。 另外，随着科技的进步和生产的发展，传统的大批量生产已不能适应现在的市场要 求。近年来，多品种、小批量生产渐渐成为主流。但小批量生产的产品少，样本少，控 制系统具有复杂性和不稳定性，因此无法获取稳定的质量特征值。而且，由于质量特征 数据量少，无法满足经典统计过程控制( s p c ) 技术的统计量要求。 本论文旨在提供一个对小批量生产工序质量进行控制的方法，并给出了具体的解决 方案。在此基础上开发出小批量生产工序质量控制系统软件，以满足对多品种、小批量 生产工序质量控制的实际要求。 论文的主要内容如下： ( 1 ) 对质量管理的相关内容进行了介绍，阐述了多品种、小批量生产工序质量控制的 相关内容并对国内外研究现状进行了分析。 ( 2 ) 对小批量生产工序的相似性进行了分析。 ( 3 ) 研究了影响工序质量变异的因素，在此基础上制定出一套针对多品种、小批量生 产工序的编码系统，为小批量生产工序的成组创造条件。 ( 4 ) 针对实际生产加工中常见的标准值给定工序和标准值未给定工序两种情况，提出 了不同的质量特征值变换方案，并结合实例分别应用不同的控制方法实现了对工序质量 的控制。 ( 5 ) 对小批量生产工序质量控制系统软件的总体结构、模块设计及各模块功能实现过 程进行了说明。 关键词：小批量；工序质量控制；工序成组 大连交通人学工学硕士学位论文 a b s t r a c t q u a l i t yi s am o d e mi n d u s t r i a l s o c i e t ya n dn a t i o n a l e c o n o m i cc o n s t r u c t i o nb ya p r o m i n e n ti s s u e so fc o m m o nc o n c e r n ，t h eq u a l i t yo ft h en m i o n a ls t r a t e g i cp e r s p e c t i v e ，t h e c o m p e t i t i v e n e s so fe n t e r p r i s e sa n dc u s t o m e rd e m a n d l e v e l sa r ee x t r e m e l yi m p o r t a n t r e s e a r c h s h o w st h a tt h ef u n d a m e n t a lp r o d u c tq u a l i t yc o n t r o l ，p r o c e s s i n go ft h ep r o d u c tt h a ti st h e c o n t r o lo fp r o d u c t i o np r o c e s s e s ，r a t h e rt h a nt h ef i n i s h e dp r o c e s s i n gt h et e s t i na d d i t i o n ，a st e c h n o l o g ya d v a n c e sa n dt h ed e v e l o p m e n to ft h ep r o d u c t i o n ，t h e t r a d i t i o n a lm a s sp r o d u c t i o nc a nn o tm e e tc u r r e n tm a r k e tr e q u i r e m e n t s i nr e c e n ty e a r s ，m o r e v a r i e t i e s ，s m a l lb a t c hp r o d u c t i o ng r a d u a l l yb e c o m em a i n s t r e a m h o w e v e r ，s m a l lb a t c h p r o d u c t i o no ft h ep r o d u c tl e s s ，f e w e rs a m p l e s ，t h e c o n t r o ls y s t e mi s c o m p l i c a t e da n d i n s t a b i l i t y ，l a c ko fa c c e s st oq u a l i t yc h a r a c t e r i s t i c so fas t a b l ev a l u e m o r e o v e r ，b e c a u s eo fl o w q u a l i t yc h a r a c t e r i s t i c so fd a t a , c a nn o tm e e tt h ec l a s s i c s t a t i s t i c a lp r o c e s sc o n t r o l ( s p c ) t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t so ft h es t a t i s t i c s t h i sp a p e ra i m st op r o v i d eap r o c e s sf o rs m a l lb a t c hp r o d u c t i o nq u a l i t yc o n t r o lm e t h o d s ， a n dg i v e sas p e c i f i cs o l u t i o n o nt h eb a s i so ft h i ss m a l lb a t c hp r o d u c t i o np r o c e s s e st od e v e l o p q u a l i t yc o n t r o ls y s t e ms o f t w a r e ，t om e e tt h ev a r i e t y ，q u a l i t yc o n t r o lo fs m a l lb a t c hp r o d u c t i o n p r o c e s s e so f t h ea c t u a lr e q u i r e m e n t s a m o n gt h em a i ne l e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) r e l a t e dt oq u a l i t ym a n a g e m e n to ft h ec o n t e n to fa ni n t r o d u c t o r y ，o nt h ev a r i e t y ， q u a l i t yc o n t r o lo fs m a l lb a t c hp r o d u c t i o np r o c e s s e sa n dt h er e l e v a n tc o n t e n to nt h es t a t u sq u o a th o m ea n da b r o a dw e r ea n a l y z e d ( 2 ) d i s c u s s e dt h ep r o c e s s e sa r es i m i l a rt ot h o s eo ft h es m a l lb a t c hp r o d u c t i o np r o c e s s e s a r es i m i l a rt ot h o s eo fa na n a l y s i s ( 3 ) t h ei m p a c to nt h eq u a l i t yv a r i a t i o no ft h ep r o c e s s ，o nt h i sb a s i s ，d e v e l o pas e to f m u l t i - s p e c i e s ，t h es m a l lb a t c hp r o d u c t i o np r o c e s s e sc o d i n gs y s t e m ，p r o d u c tp r o c e s s e sf o r s m a l lg r o u pt oc r e a t ec o n d i t i o n s ( 4 ) a g a i n s tt h ea c t u a lp r o d u c t i o no fc o m m o ns t a n d a r d so fp r o c e s s e dp r o d u c t sa n d p r o c e s s e dp r o d u c t st ot h es t a n d a r dv a l u en o tg i v e nb o t hc a s e s ，r a i s e dt h eq u a l i t yo ft h e d i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so ft r a n s f o r m a t i o np r o g r a m m ea n dt h er e s p e c t i v ea p p l i c a t i o n sw i t h e x a m p l e so f d i f f e r e n tc o n t r o lm e t h o d st oa c h i e v et h eq u a l i t yc o n t r o lp r o c e s s ( 5 ) m o d u l a rd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h em o d u l ef e a t u r e san o t eo fs m a l lb a t c h p r o d u c t i o np r o c e s sq u a l i t yc o n t r o ls y s t e ms o f t w a r ea r c h i t e c t u r e k e y w o r d s ：s m a l lq u a n t i f i e s ；q u a l i t yc o n t r o lp r o c e s s e s ；p r o c e s sg r o u p i l 大连交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解太整銮通太堂有关保护知识产权及保 留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的 知识产权单位属太整銮通太堂，本人保证毕业离校后，发表或使用 论文工作成果时署名单位仍然为太蓬塞通太堂。学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查 阅和借阅。 本人授权太整交通太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 中国科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等相关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：柙玩茹毡 日期：幼矿年多月日 钠擀：妙墩 日期：伽g 年6 月乙酉 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：衣拯走积团 通讯地址：犬歪弁圈角戤、蹈f 编 电子信箱：鲥解2 仞锄一绷。c 一 电话：1 3 乃和7 3 台， 邮编：o l 弓 大连交通大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考 文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得太蓬銮通太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不 实之处，由本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名：邙畅勃 日期：2 勿p 年彭月2 - 日 绪论 绪论 1 、质量管理的历史与发展 质量是企业的生命，质量管理伴随着现代企业的发展而一同成长。 质量管理是对达到或实现质量的所有职能和活动的管理。它包括质量政策的制定、 质量目标或水平的确定、企业内部或外部有关质量控制的组织和措施以及质量管理体系 的建立等。 由于特殊的历史原因，我国的质量管理起步较晚，与工业发达国家的差距较大。在 世界范围内，质量管理的发展大体经历了以下四个阶段： ( 1 ) 质量检验阶段 质量检验作为一种科学的管理方式，形成于2 0 世纪初至2 0 世纪3 0 年代。2 0 世纪 初科学管理的创始人美国工程师泰勒提出了“科学管理理论 ，主张计划与执行必须分 开，需要有“专职检验 这一环节。基于这种理论对提高产品质量的作用，大多数企业 都设置了专职部门和检验人员。那时，企业对质量管理的理解还只限于质量的事后检验， 管理的作用薄弱，而且存在诸如缺乏系统的观念、只注重事后的结果，缺乏预防及要求 对成品进行l o o 的检验，在大批量生产情况下实现的困难较大等缺点。 ( 2 ) 统计质量控s t j ( s q c ) 阶段 统计质量控s o ( s t a t i s t i c a lq u a l i t yc o n t r 0 1 ) 形成于2 0 世纪3 0 年代。19 2 4 年，美国贝 尔电话实验室的休哈特( w a s h e w h a r t ) 应用数理统计理论提出了旨在预防生产过程中 不合格品产生的s p c ( s t a t i s t i c a lp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 理论，从理论上实现了把质量管理从事 后把关向事前预防的转变。 2 0 世纪5 0 年代，由于美国当时国际竞争压力很小，s p c 理论在美国未能获得推广。 直到2 0 世纪8 0 年代，日本企业的质量管理对日本经济的巨大推动作用，再次引起世人 对统计质量控制的重视。随后，以美国为首的工业发达国家掀起了推行s p c 的热潮，以 质量事故的预防代替事后检验的观念在世界范围内深入人心。 ( 3 ) 全面质量管n ( t q m ) 阶段 全面质量管理的理论于2 0 世纪6 0 年代提出，至今仍在不断的发展和完善之中。全 面质量管理突出“重视人的因素”，“参与管理 ，强调人在管理中的作用；随着市场 竞争，尤其是国际市场竞争的加剧，各国都很重视“产品责任 和“质量保证”问题， 而这些仅仅依赖质量检验和运用统计方法是很难解决问题的。故从2 0 世纪6 0 年代起， 许多企业开始推行全面质量管理。2 0 世纪6 0 年代以后，全面质量管理的观念在全球范 围内得到了广泛的传播，各国都结合自己的实践进行了创新。 ( 4 ) 新世纪的质量管理 进入2 1 世纪，质量管理呈现出下列许多新的特点和趋势： 大连交通大学1 ：学硕十学位论文 随着国际贸易的迅速扩大、产品和资本的流动日趋国际化和全球经济一体化， 企业的竞争范围逐渐扩大，制定质量管理国际标准以促进国际技术经济合作、消除技术 贸易壁垒成为世界各国共同的需要。 全面质量管理的重点已经由制造向设计和售后服务两侧延伸。售后服务的质量 和产品质量同等重要。 企业逐渐发展出六西格玛管理。在此基础上，要求企业必须充分挖掘内部资源， 整合、利用外部资源，与顾客、供应商、分销商、合作者建立稳定的合作关系。 人们对环境问题的重视以及可持续发展观的形成迫使人们重新审视全面质量管 理。人们应当建立一种全新的生态质量观。 以微电子技术为中心的新技术革命，使社会进入信息化时代。计算机的软件在 社会经济生活中占据了日益重要的地位。贯彻i s o9 0 0 0 族标准或进行c m m ( 能力成熟 度模型) 认证，强调实施软件工程，采取在软件产品设计和开发阶段实行标准化，加强 软件配置管理和技术管理等成为保证并提高软件质量的必要手段。 在2 1 世纪，各组织更加强调满足顾客的个性需求，形成以互联网、自动控制等 技术为支撑的生产网络。同时，2 l 世纪是一个“以知识为基础，以互联网为沟通，形成 全球化的发展”的时代。质量管理观念逐渐化为组织的质量文化，质量管理的方针也从 持续改进转化为持续创新【l j 。 2 、质量管理的重要意义 质量管理是企业为了使其产品质量满足不断更新的市场质量要求而开展的策划、组 织、计划、实施、检查、改进等活动的总和，是企业中各级管理者的职责。i s 0 9 0 0 0 族 标准将质量管理( o u a l i t ym a n a g e m e n t ) 定义为：在质量方面指挥和控制组织协调的 活动。这些指挥和活动通常包括制定质量方针和质量目标以及质量策划、质量控制、质 量保证和质量改进1 2 j 。 美国著名质量管理专家朱兰有句名言：“生活处于质量堤坝后面( 1 i f eb e h i n dt h e q u a l i t yd i k e s ) 。质量正像大堤一样，可以给人们带来利益和幸福，而一旦质量的 大堤出现问题，它同样也会给社会带来危害甚至灾难。从宏观上来说，当今世界的经济 竞争，很大程度上取决于一个国家的产品和服务质量。质量水平的高低可以说是一个国 家经济、科技、教育和管理水平的综合反映。对于企业来说，质量也是企业赖以生存和 发展的保证，是开拓市场的生命线，正可谓“百年大计，质量第一 。 当今市场环境的特点之一是用户对产品质量的要求越来越高，对产品的要求越来越 呈现出多样化、个性化。在今天，质量稳定的高质量、价格较高产品往往会比质量不稳 定的低价产品拥有更多的市场份额，这个道理是显而易见的。在这种情况下，就更要求 企业将提高产品质量作为重要的经营战略和生产运作战略之一。 2 绪论 另外，对越来越普及的多品种、小批量生产，其需要考虑的质量影响因素也越来越 复杂，增加了质量控制的难度，对质量管理中的产品加工、检测以及过程质量的控制提 出了更高的要求。 总之，提高企业的质量管理与控制水平是企业发展的当务之急，是一个国家经济发 展的基础。因此，研究现代企业，特别是制造型企业的质量管理技术，对提高企业乃至 一国在激烈市场竞争环境下的竞争力有着重要的意义。 3 、统计过程控制( s p c ) 的意义 统计过程控制( s p c ) 是集生产技术与科学管理于一体的现代质量管理技术，是运 用数据统计和概率论的基本理论和方法，对制造过程的特性数据进行分析，把制造过程 中影响产品质量特征的固有的随机波动和异常原因所引起的可控制的波动进行定量分 析和分离，从而得到最佳过程输出的一种过程控制方法。 s p c 质量控制的基本元素是控制图。控制图是对生产过程中产品质量状态进行控制 的统计工具，是质量控制中最重要的方法。人们对控制图的评价是：“质量管理始于控 制图，亦终于控制图。由于它把产品质量控制从事后检验改变为事前预防，对于保证 产品质量，降低生产成本，提高生产效率开辟了广阔的前景，因此它在世界各国得到了 广泛的应用。 4 、制造业发展的趋势和多品种、小批量生产的特点 随着科技的进步和生产的发展，企业和消费者对产品的要求也千差万别，各不统 一，大批量生产已不能适应现在的市场，多品种、小批量生产已成为制造业发展的趋势。 传统意义上的小批量生产有如下特点： ( 1 ) 工序集中 多品种、小批量生产，由于产品品种多、批量小，如果只把几种零件固定安排在一 台设备或工作中心加工，则很难保证其工作负荷饱满，经济性差。因此，经常使用一种 设备生产多种产品，或由一个车间承担多道工序进行装配和2 n - f 。 ( 2 ) 自动化程度不高 由予多品种、小批量生产的产品品种多而且各不相同，使得加工工序繁多。因此， 不可能像大量生产那样采用较多的自动化或半自动化的加工设备，很难形成流水生产 线，自动化程度相对较低。 ( 3 ) 工艺复杂 多品种小批量生产时，往往被2 n - f 的对象在车间内频繁地由一个工作中心转换到另 一个工作中心，形成复杂的工艺路线； 在多品种小批量生产条件下，要求工人掌握多种操作技术，而且应具有一定的熟练 程度，以适应多品种和周期性生产变动的要求。 ( 4 ) 产量小限制了先进生产技术的采用 大连交通大学工= 学硕士学位论文 与大批量生产相比，小批量生产水平和经济效益都是很低的。般说，产量小于5 0 的机械产品，其成本至少是大批量生产的1 0 - - 3 0 倍。 ( 5 ) 生产计划和组织管理工作复杂化 由于生产品种和生产过程多样化使生产组织管理复杂化，科学地制定生产计划比较 困难，相关信息反馈到生产管理部门很慢，生产难于控制。 ( 6 ) 从统计学角度上来看，多品种、小批量无法获取稳定的、足够所需的质量特征 值，无法应用经典的s p c 技术对产品工序进行控制。 5 、研究多品种、小批量生产条件下工序质量控制方法的意义 随着社会的进步，顾客对产品的需求日益多样化和个性化，产品生命周期不断缩短， 促使企业打破了传统的单一品种和大批量的生产模式，越来越多的企业开始转向了多品 种、小批量生产。目前，全国加工制造业5 0 以上属于多品种、小批量生产，尤其是机 械制造业约9 5 属于多品种、小批量生产。国际的制造业也有8 0 以上属于多品种小批 量生产。近年来又有柔性生产的发展趋势，故多品种、小批量生产更为普遍。所以，研 究多品种、小批量生产条件下工序质量控制方法具有重要的现实意义 3 1 。 然而，多品种、小批量意味着需要考虑的质量影响因素更加复杂，增加了质量控制 的难度，同时，对产品的加工和检测以及过程质量的控制提出了更高的要求。 在大批量生产类型下，传统的s p c 技术利用标准休哈特控制图，能监测工序是否处 于正常状态。这种质量控制方法得到了广泛的应用，并且取得了良好的经济效益。目前， 多数企业采用的都是事后“百分百检验”的方法来保证小批量产品的质量，并没有应用 “事先预测的质量控制方法。主要是由于生产批量的减小和对监控精度的要求的提 高，传统的s p c 技术的应用受到了限制，它无法获得足够的数据来建立控制关系。在当 前的这种形势下，如何抓住传统质量控制图的实质与精髓，建立一种具有更高精度和敏 感性，且易于计算机化的小批量生产模式下统计质量控制方法，已成为目前国内外s p c 研究领域中一项紧迫的任务。 4 第一章多品种、小批晕生产的t 序质帚控制 第一章多品种、小批量生产的工序质量控制 1 1 工序质量控制 1 1 1 工序质量控制的概念及影响工序质量的因素 工序质量是指生产加工中人、机械、材料、工艺方法和环境等因素对产品综合起作 用的过程的质量，它最终体现为产品质量。 工序质量控制是对影响工序质量的因素进行分析、控制和管理的过程。在产品生产 过程中，监控工序质量因素的变化及其规律，使产品质量特征在允许的范围内波动，达 到能够稳定生产出合格产品的目的【劲。正如美国质量管理专家休哈特与戴明提出：“质 量是制造出来的，而非检验出束的”。如果对一个产品从原料采购丌始，一直到产品出 厂都做到了严格把关，采取必要的质量控制手段，确保每个工序都在合理的控制之下， 那么这个产品的最终质量也就有了保证。 一般情况下，影响工序质量的因素大体可以分为6 类：人( m e n ) 、设备( m a c h i n e ) 、 材料( m a t e r i a l ) 、方法( m e t h o d ) 、测量( m e a s u r e ) 、环境( e n v i r o n m e n t ) ，即5 m i e ： ( 1 ) 人一包括操作人员和产品检验人员。考察内容包括业务水平、质量意识、工作 情绪，是否经过必要的训练等； ( 2 ) 设备加工设备，辅助装置，及加工设备、辅助装置的精度等； ( 3 ) 材料一加工产品所选用的工件材料。考察内容包括材料的物理特性和化学特性； ( 4 ) 方法一这里通常指的是对产品进行加工所采用的操作方法； ( 5 ) 测量对工件及成品的检测方法、检测仪器和工具的精度等； ( 6 ) 环境指加工现场的温度、湿度、光线、磁场、振动、噪声及整齐、清洁程度 在占 号手； 为了适应加工制造业的新变化，除上述六种因素以外，在i s 0 9 0 0 0 中，还补充了 软件，辅助材料，公用设施等因素。 1 1 2 工序质量控制的内容 工序质量控制的内容包括以下几个方面： ( 1 ) 对生产条件的控制 就是对人、机、料、法、环、测六大因素进行控制，也就是要求企业中与生产相关 的部门提供并保持符合标准要求的条件，以工作质量去保证工序质量。同时，还要求每 道工序的操作者对所规定的生产条件精心有效地控制，做到加工前的全面检查和加工过 程中的全面监控。 ( 2 ) 对关键工序的控制 大连交通大学t 学硕十学位论文 关键工序通常指：对产品精度、性能、安全、寿命等有重要影响的工序；工艺上有 特殊要求或对下道工序有较大影响的工序；质量信息反馈中发现不合格品较多的工序 等。对影响质量的关键工序应采取特殊的措施加以控制，在一定时期内、一定条件下强 化管理，使其处于良好的控制状态。 ( 3 ) 对计量和测试条件的控制 计量和测试条件关系到质量数据的准确性，必须加以严格控制。要规定严格的计量 测试操作规程和规章制度；计量测试仪器要严格按照国家相关规定定期到专业部门进行 检定，对于达不到要求的计量测试仪器仪表要坚决弃用；测试手段和方法必须适应当今 先进工序质量控制技术的要求。 ( 4 ) 对不良品的控制 对不良品控制的目的是根据对其进行的统计以收集信息，从而进行预防性控制及正 确评价，保持工序质量控制的更新和持续性。 1 2 多品种、小批量生产条件下工序质量控制研究现状及其分析 在参考了传统大批量生产条件下对工序质量进行控制的方法并从小批量生产特点 的不同方面入手，国内外对小批量生产条件下的工序质量控制大体提出了以下三种方 法：从控制对象统二量的精确分布着手、考虑历史数据法和相似工序法。 1 2 。1 从控制对象统一量的精确分布着手 早在上个世纪六十年代末，美国的希利尔( f s h i l i e r ) 与新加坡杨中浩就利用控制 对象统一量的精确分布，提出小样本的i r 控制图。上个世纪9 0 年代，美国久森 博瑞( c p q u e s e n b e r r y ) 将希利尔的成果由i r 控制图推广到x 飚图，并将各种休哈 特控制图做了标准化，用传统大批量生产的控制方法来试图控s o d , 批量生产。这种方法 的优点是操作简单，便于实施。但正如前文所述，小批量生产难以获得稳定的、足够数 量的质量特征值，因而采用这种方法作出的控制图控制界限的间隔普遍较宽，检出力较 低，已无法满足现代生产的高质量要求，故不宜使用。 1 2 2 考虑历史数据法 1 9 9 7 年中国的卜祥民博士根据贝叶斯方法与序贯分析相结合的思路，充分利用当前 小样本和历史信息，得到产品质量特性值分布参数的优良估计，然后在参数己知的条件 下作控制图，实现小批量质量控制与诊断。 考虑历史数据这种方法，把过程质量控制的焦点从现在的产品转到了以往的生产过 程中，这在质量控制理论上是一个创新，从而带动了基于过程模型的质量控制技术较快 的发展。其成果之一是促进了累计和控制图( c u s u m ) 和指数加权移动平均( e w m a ) 控制图等的应用。 累计和控制图假设工序的分散程度已处于控制状态。它主要用来监测过程平均值的 6 第一章多品种、小批量生产的工序质每控制 变化，对一个过程的平均值变化情况进行预报，来决定生产过程是否保持于控制状态。 指数加权移动平均控制图法是使用样本均值的指数加权移动平均，这种方法实际上 是累计和控制图的改进，它弥补了累计和控制图中对所有历史信息给予相同权值的缺 点。 在实际生产的工序控制中，有时会遇到某生产过程数据的离散变化很大而平均值变 化不大，即表现在同一样本组内观测值变化较大，而组间观测值的平均值变化并不大的 情况，如图1 1 所示。 x 样本组a 入八入 v v 。 均值 y x y 样本组b 入a v v 一 图1 1 平均值相近离散不同的两组工序数据 f i g 1 1c l o s ea v e r a g ev a l u ed i f f e r e n td i s p e r s e dd a t a 均值 在这种情况下应用累计和控制图就容易对两组工序产生误判。为了避免这种情况发 生，除了有对平均值监控的累积和控制图外，还要相应的配有监控样本方差等形式的控 制图，解释和绘制起来都比较困难，不利于现场实施。另外，累计和控制图过多地考虑 了历史信息，需要储存的统计量很大且计算时间较长，在计算机中实施起来比较困难。 指数加权移动平均控制图克服了累计和控制图过多地考虑了历史信息的缺点，对越 久远的数据给予的权值越小。这种方法对微小变化比较敏感，因而对质量要求更加严格 的小批量生产模式更加适用。但是却无法对过程出现的链趋势进行判断，因而具有一定 的局限性。 1 2 3 相似工序法 所谓相似工序，即工序具有下列六个方面的相似性： 同一组操作人员和检验人员； 同一台或同型号设备； 加工用的材料相同或材料的加工难易度相同； 加工方法和加工要求相同； 测量误差相同； 同一个车间，即处在同一个加工环境内。 7 大连交通人学工学硕士学位论文 相似工序法就是将若干组相似工序的数据，即同类型分布的数据，经过数学变换成 为同一分布的数据，扩大了数据量，最终在同一张控制图上控制。 相似工序法利用了质量的波动性，把对同一个工序质量波动的控制方法推广到相似 工序中。因s p c 技术比较成熟，有一定的应用基础，实施起来相对容易。我国南京航空 航天大学和哈尔滨工业大学等院校通过近几年的研究，认为工序之间的相似度主要取决 于影响工序质量的要素之间的相似程度，并给出了相似度的计算方法。目前，相似工序 法在我国应用较多。但相似工序法在某些方面也存在一些问题，现归纳如下： ( 1 ) 相似工序法考察的对象是相似的质量特征值或质量指标，如果把不同质量特征 值的质量数据汇集到一起，便背离了相似工序的本质，是没有意义的。 ( 2 ) 工序成组的条件有待完善 首先，判断工序是否相似的条件有待完善。从收集到的资料中可以看出，目前提出 的工序相似性判断，将权重思想引入进来，考虑了产品工序中的关键工序，并且要判断 各个子工序的相似性对整个工序相似性的影响，最后还有通过一系列的计算来最终确定 相似性。这样做的好处是一般会得到较多的相似工序，可以有效的扩大样本量。但缺点 是计算方法复杂，不利于实际应用，并且还可能出现把相似度相近但并不完全相同的工 序判定为相似工序的情况。如果把相似度相近但并不完全相同的工序判定为相似工序， 则会产生误判的问题：假设有三个系统x = a ，b ) 、y = a ，c ) 、z = b ，d ) ，其中如果系 统x 与系统y 之间、系统x 与系统z 之间的相似度均为o 5 ，则从系统x 的角度看， 系统y 、z 与它具有相同的相似度，应该可以划分到同一个相似组。但是，系统y 、z 之间的相似度为0 ，是不能划分为一组的。如果要保证组内任何两个工序之间都具有相 同的相似度，则需要对组内每两个工序之间都进行相似度计算，这样不仅会导致计算量 大幅增加，而且得出的相似度数值繁多，很难形成相似工序组。 其次，要素之间相似性的判断应该从要素对工序质量的影响进行整体考虑。影响工 序质量的六要素中任何一个都可以再划分出很多的层次。例如：可以把“设备这一要 素划分为：机床、刀具、夹具、辅具等，而这些要素还可以继续细分。这样细分下去， 如果要求每种小要素都相似，则相似工序的判定标准太高，无法有效扩大样本量。 1 3 本文的研究内容及研究方法 从前面所述可以看出，目前尚无一套完善的适合多品种、小批量生产模式下的质量 控制方法。为此，本文吸取上述几种质量控制方法的优点，改进缺点，提出了一套针对 多品种、小批量生产模式下质量控制的方案，并对其涉及的技术提出了自己的见解，现 归纳如下： ( 1 ) 对相似理论进行了研究，深入分析了影响工序质量变异的因素，通过对生产车 间的实际考察，制定出一套针对多品种、小批量生产工序的编码系统。 8 第一章多品种、小批量生产的工序质最控制 ( 2 ) 在该编码系统基础上，提出了工序成组的条件：将编码完全一致的工序划分为 一组，完成工序质量特征数据样本量的扩大。 ( 3 ) 根据统计学理论并结合实际，分别对标准值给定和标准值未给定两种情况下的 成组后质量特征数据进行标准变换，并给出了具体变换方法，结合控制图理论实现了对 多品种、小批量生产工序的质量控制。 本章小结 本章对工序质量控制的概念和影响工序质量的因素进行了阐述，对工序质量控制的 内容作了说明。对国内外在多品种、小批量生产条件下工序质量控制的研究现状进行了 分析，最后提出了本文对小批量生产工序质量控制的研究内容及研究方法。 9 大连交通人学工学硕十学位论文 第二章工序相似性分析 本论文的重点之一就是利用相似理论解决小批量生产过程中质量特征数据少，难以 应用传统方法对过程质量进行控制的问题。本章将论证相似理论在帮助解决小批量生产 工序质量控制方面的可行性。 2 1 相似理论概述 2 1 1 相似性的基本概念 众所周知，自然界中的物质是千差万别的，但是在无穷的变化和差异中存在一个很 重要的属性：相似性。大量事实表明，相似性在自然界中是普遍存在的。相似性的本质 是事物的共性。系统间具有相似特征的要素称为相似要素。相似要素在系统间构成相似 单元，简称相似元【4 j 。 从系统科学看来，一个组织、一个生物、一个企业、一部汽车、一条生产线都是系 统。产品设计、制造、管理都处于有机联系的整体系统之中。因而，事物可视为系统， 事物之间的相似性是系统之间的相似性。相似系统论认为：相似的实质是系统间客观存 在的属性和特征的相似。当系统间存在相似特性时，我们说系统间存在相似性【5 j 。 2 1 2 相似特性分析 相似理论认为，系统和要素是不同层次的系统。系统有其整体性，要素及相似特征 也有其整体性。系统的整体性作为系统各组成要素的统一，是系统科学中的一个重要概 念。强调系统是功能与结构的统一体，系统结构等级和功能等级的辩证统一成为系统等 级。它表明系统的每一个要素又可以被视为一个子系统，而每一层次等级上的子系统同 样具有整体特性。根据系统论中系统整体性的观点，当系统间某层次上结构相似性很难 确定的时候，可以考虑在上一结构层次上相似的条件下，考虑同一结构层次上要素之间 功能相似性的确定【6 。8 j 。 2 2 相似理论在生产加工过程中的应用 在现代工程技术中，相似理论已经取得了广泛的应用，并取得了很大的成果。运用 相似学和相似理论与方法，处理一切与系统相似性有关的工程技术和组织管理问题，组 建相似系统，在系统问实现相似特征，发展共性技术，寻求过程的优化，这些都是相似理 论在工程技术中的具体体现。 从制造过程的角度看，所有的制造可以分为以下几类：完全相同重复性制造、相似 性重复制造和无重复性制造。在多品种、小批量生产中，相似性重复制造是广泛存在的， 正是这种重复制造的存在，才为相似论在产品设计、工艺设计和生产管理中的应用提供 了广阔的空间。 1 0 第二章丁序的相似性分析 2 2 1 产品设计 运用相似制造论进行设计，首要的问题就是对产品、零部件及其要素进行科学的分 类。分类应当从宏观到微观、层层递进，全面、深入地分析，这样才能彻底的发掘有关 的相似性。 据统计，当设计一种新产品时，往往有3 4 以上的零件设计可参考借鉴或直接引用 原有的产品图纸。因此在产品设计中引入相似理论可以降低设计的工作量，避免重复劳 动，从而提高效率减少成本。另外，由于产品的继承性，使往年积累的经过实际应用检 验的成熟设计再次被应用，这对提高设计产品的稳定性具有积极的意义。 总之，相似理论在产品设计中的应用，有助于改变设计理念，把对产品单一的设计 转向挖掘该产品与以往设计产品的相似性中，以实现设计的标准化、模块化、系列化、 通用化，提高设计质量，促进企业效益提升。 2 2 2 制造工艺设计 相似理论应用于制造工艺设计，主要是考虑加工的工艺路线、工艺方法、工艺设备 工序、安装、工步等方面的相似性。根据相似程度，将零件的工艺分为标准工艺、典型 工艺和实例工艺。在充分分析待设计零件的特征与上述三种工艺特征的相似性基础上， 帮助迅速生成目标零件的设计方法。 相似理论应用于制造工艺设计，同样对实现工艺设计的标准化、模块化、系列化、 通用化有着重要作用。 2 2 3 生产管理 根据相似加工的要求，将零件按工艺相似性分类形成加工族，加工同一加工族有相 应的一组机床设备。在一个生产单元内有一组工人操作一组设备，生产一个或若干个相 近的加工族，在此生产单元内可完成诸零件全部或部分的生产加工，即将成组生产系统 按模块化组织生产，采取成组生产单元的生产组织形式。成组生产单元是以加工族为生 产对象的产品专业化或工艺专业化的生产基层单位。这样的生产方式将有助于建立结构 合理的生产关系公用数据库，可大量压缩信息的储存量；由于不再是针对一个工程问题 和任务设计管理程序，所以可以使程序设计优化【9 - l0 1 。 随着多品种、小批量生产的快速发展和相似理论的不断成熟，相似理论在生产加工 过程中的应用也必将越来越普及。相似理论的广泛应用将对国民经济各个领域产生深远 的影响。 2 3 工序相似性分析 从过程控制的角度出发，相似工序法的关键在于制造过程中是否有足够的相似性工 序的存在。以工序为相似性主体，要有大量相似的工序存在，才能将多种零件按照其工 大连交通大学1 = 学硕士学位论文 序相似性分类以形成零件族，把同一零件族中零件分散的小批量生产汇集成较大的成组 生产量，从而使小批量生产能获的接近大批量生产的效益。 在制造企业的加工系统中，零件的加工工序可以分为：初加工工序、相似性重复加 工工序和相同重复加工工序。初加工是指以往没有加工过的工序；相似性重复加工工序 是指一个与以前某加工工序有相似特征的加工；相同性重复加工是指大批量的加工。一 般来说，初加工工序生产的是特殊零件；相似性重复加工工序生产的是相似工件；相同 重复加工工序生产的是标准零件。国外有关的机构在对机床、发动机、纺织机械、军工 机械等2 6 个专业领域的4 5 0 0 种零件的检测分析表明，任何一种类型的机械产品都包含 有7 0 左右的相似零件和2 0 2 5 左右的标准件。可以看出，重复性相似力n - r - _ 的现象 在多品种、小批量生产中大量存在。正是这种大量重复相似或相同的制造过程的存在， 为相似工序法在制造过程中的应用提供了条件，这也是相似理论能在多品种、小批量生 产过程中应用的主要依据1 5 。 本章小结 本章对相似理论的有关概念和相关思想作了简单阐述，从产品设计和生产管理两方 面介绍了相似理论在生产加工过程中的应用。最后，通过相关数据证明了具有相似的质 量变异规律的工序是大量存在的，完全可以利用质量特征的汇聚来进行统计过程质量控 制。 1 2 第三章基于t 序质晕控制的相似t 序成组方法研究 第三章基于工序质量控制的相似工序成组方法研究 3 1 成组技术简介 3 1 1 成组技术概念和意义 成组技术是在充分认识和利用客观存在的相关事物的相似性和继承性基础上，按照 一定的相似性标准将相关的事物进行归类的技术。成组技术的原理可归结为：依靠设计 标准化可以有效地保持不同产品之间的结构一工艺继承性；通过工艺标准化可以充分利 用零件间的结构一工艺相似性。其中，结构一工艺的继承性是设计标准化的前提。结构一 工艺的相似性则是工艺标准化的基础。成组技术通过分类编码系统把设计标准化和工艺 标准化联系起来。成组技术在现代化生产中的意义可以体现在如下四点： ( 1 ) 简化生产技术准备工作，使企业能经济而迅速地开发出新的产品，从而保证企 业具有竞争优势。 ( 2 ) 有效扩大批量，使企业能采用先进的制造技术和先进的生产组织管理方法。 ( 3 ) 同类相似零部件的集中生产，可以显著减少频繁变更加工对象所引起的调整时 间损失。 ( 4 ) 提高设计标准化和工艺标准化水平，有利于企业发展同类零部件上的专业化生 产。 实施成组技术，能使产量提高、成本降低，同时又使固定资本、库存资本和劳动资 本统统减少，从而最终增大投资回收率。这足以证明成组技术的经济效益是十分显著的。 所以说，在促进企业的生产合理化和现代化的综合改造中，成组技术无疑是一条投资少 而见效快的首选综合改造途径【7 】。 3 1 2 成组技术分析 为了克服多品种、小批量生产的自身缺点，充分发挥其生产组织灵活、及时反应市 场需求等优点，在组织和技术上都曾提出了过不少的解决方法，比如：以零件的通用化、 规格化、标准化、系列化为前提的产品设计模块化；以产品设计标准化为前提的工艺准 备标准化；以产品设计和工艺准备高度标准化为基础的生产体制专业化；以计算机先进 制造技术为基础的生产系统柔性化。 上述四条解决现存问题的途径，虽然早已被人们所认识，但实际收效甚微。究其原 因就是缺乏一种能够将上面四种方法兼收并蓄的技术。只有在成组技术问世后，才做到 了统筹兼顾的有效运用上述四种方法解决现存问题。因为只有基于成组技术，才能实现 对产品的分类编码；只有分类编码这一种手段能够同时收集和分析同类相似产品在设 计、工艺和生产等方面的相关数据。 大连交通人学工学硕士学位论文 成组技术的成功之处就在于它利用了事物间是存在继承性和相似性这一基本原理， 把表面上看上去杂乱无章的事物，通过相应的分类技术，实现将它们各自归类成组的目 的。然后针对每个组，通过合理化和标准化的处理，制定出为解决事物共性问题所必须 的统一原则和统一方法。 我国6 0 年代初开始研究成组技术，1 9 8 0 年先后成立了成组技术情报网和中国成组 技术研究会。目前我国的成组技术己由初期的概念化、定性化、手工化向理论化、定量 化、计算机化转变。现在成组技术已经成为c a d 、c a m 、c a p p 、f m s 乃至c i m s 的 基础，其应用必将使一切先进制造技术获得最大的经济效益【4 】。