（机械制造及其自动化专业论文）质量管理信息系统的研究.pdf

，q，mnmib融#r ad i s s e r t a t i o ni nm e c h a n i c a lm a n u f a c t ur i n g & a u t o m a t i o n r e s e a r c ho nq u a l i t ym a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m b yw a n gj i y u s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rl i up i n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 e 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 旨雨 日 期：口6 p 6 巧 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名：i 施韵 签字日期： 1 c ig pb 巧 导师签名： 签字日期： 零 夸 东北大学硕士学位论文摘要 质量管理信息系统的研究 摘要 随着信息技术的不断发展和市场环境不确定性的增加，企业管理活动的复杂 性日益突出，企业在管理活动中产生和需要处理的质量信息越来越多。全面、准 确、及时地采集质量信息，使管理层和操作层利用采集或存储的质量信息进行统 计分析，做出正确的判断和决策并落实到具体的质量控制和改进措施中是进行质 量管理的基本保证。 因此，采取系统的方法在企业内建立和实施质量管理信息系统，使企业对质 量信息进行有效的控制和管理，将极大发挥质量信息的作用，从而全面提高企业 的竞争力。本文以全面质量管理理论为基础，结合软件开发技术，研究并设计了 面向企业应用的质量管理信息系统，并实现了部分模块。 本文首先阐述了质量管理信息系统的发展背景和当前的发展状况，并对其发 展趋势进行了探讨。 其次，对在质量检测过程中测量系统的变差类型、来源进行了研究和分析。 对测量系统能力的评价方法和评价过程进行了研究。对工序能力和控制图原理进 行介绍，并对控制图的分析和判断进行了详细的研究。 然后，对系统的开发方法进行了探讨，并根据本系统的特点建立了适合本系 统的开发方法。根据企业内质量信息的产生和使用过程，建立了u c 矩阵，据此 建立了质量管理信息系统的功能结构模型。对数据库原理及数据库访问技术进行 了介绍，并根据质量管理信息系统的功能结构模型进行了系统数据库需求分析， 建立了系统数据库结构模型。 最后，对本系统的开发环境和开发工具的选择进行了介绍，并制定了数据库 访问方案。利用所研究的理论和建立的方案，开发质量管理信息系统。重点开发 了统计过程控制模块和计量器具管理模块。 关键词：质量管理信息系统；测量系统分析；控制图；数据库 i i 、 t、-，l善 ：，心 。j 鼻 1王 l 东北大学硕士学位论文 r e s e a r c ho nq u a l i t ym a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m a bs t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ei n c r e a s e d u n c e r t a i n t yo fm a r k e te n v i r o n m e n t ，t h ec o m p l e x i t yo ft h ee n t e r p r i s em a n a g e m e n t a c t i v i t i e sa r ei n c r e a s i n g l yp r o m i n e n t ，m o r ea n dm o r ei n f o r m a t i o np r o d u c e di nt h e e n t e r p r i s em a n a g e m e n ta c t i v i t i e sn e e dt ob ec o p e dw i t h i ti st h eb a s i cg u a r a n t e eo f t h eq u a l i t ym a n a g e m e n tt h a tt h em a n a g e r sa n do p e r a t o r ss t a t i s t i ca n da n a l y z et h e i n f o r m a t i o nw h i c hi sc o l l e c t e dc o m p r e h e n s i v e ，a c c u r a t e l y , t i m e l yt om a k et h ec o r r e c t j u d g m e n ta n dd e c i s i o n m a k i n g t h e r e f o r e ，i tw i l lm a k et h eq u a l i t yi n f o r m a t i o nt op l a yag r e a tr o l ea n di m p r o v e t h e c o m p e t i t i v e n e s so ft h ee n t e r p r i s et h a tu s i n gas y s t e m a t i ca p p r o a c hi nt h e e n t e r p r i s et oe s t a b l i s ha n di m p l e m e n ta ne f f e c t i v eq u a l i t ym a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e mt om a n a g e m e n ta n dc o n t r o lt h eq u a l i t yi n f o r m a t i o ne f f e c t i v e l y t h ea r t i c l ei s b a s e do nt h et o t a lq u a l i t ym a n a g e m e n tt h e o r y ，c o m b i n ew i t ht e c h n o l o g yo fs o f t w a r e d e v e l o p m e n t ，a n dr e s e a r c ha n dd e s i g nab u s i n e s s - o r i e n t e da p p l i c a t i o no fq u a l i t y m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，a n dr e a l i z es o m eo ft h em o d u l e s f i r s t l y , t h ed e v e l o p m e n tb a c k g r o u n do ft h eq u a l i t ym a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e ma n di t sc u r r e n ts t a t eo fd e v e l o p m e n ta r ed e s c r i b e d ，a n di t sd e v e l o p m e n tt r e n d s i sd i s c u s s e d s e c o n d l y , t h ev a r i a t i o nt y p eo fm e a s u r e m e n ts y s t e ma n dt h ev a r i a t i o nr e s o u r c eo f t h e p r o c e s sa r er e s e a r c h e da n da n a l y z e d i na d d i t i o n ，t h ee v a l u a t em e t h o d sa n d e v a l u a t ep r o c e s so ft h em e a s u r e m e n ts y s t e ma b i l i t ya r er e s e a r c h e d t h ep r o c e s s a b i l i t yi si n t r o d u c e da n dp r i n c i p l e sa n dt h eju d g m e n to fc o n t r o lc h a r t sa r er e s e a r c h e d t h i r d l y , t h ed e v e l o p m e n t m e t h o do ft h e s y s t e m i s r e s e a r c h e d ，a n dt h e d e v e l o p m e n tm e t h o do fs y s t e mb a s e do nt h ec h a r a c t e ro ft h es y s t e mi se s t a b l i s h e d t h eu cm a t r i xi se s t a b l i s h e da c c o r d i n gt ot h ec r e a t i o na n du s eo ft h e q u a l i t y i n f o r m a t i o ni n s i d eo ft h ee n t e r p r i s ei se s t a b l i s h e d ，a n dt h ef u n c t i o nm o d e lo fq u a l i t y m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mi se s t a b l i s h e d p r i n c i p l eo ft h ed a t a b a s ea n dd a t a b a s e i i i ，蠢 东北大学硕士学位论文 a b s t r a e t a c c e s st e c h n o l o g yw e r ei n t r o d u c e d i na c c o r d a n c ew i t ht h eq u a l i t yo fm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m sf u n c t i o nm o d e l ，t h en e e do ft h es y s t e md a t a b a s ea n dt h ed a t a b a s e s t r u c t u r em o d e li se s t a b l i s h e d f i n a l l y , t h ee n v i r o n m e n t o fd e v e l o p m e n t s y s t e ma n d t h ec h o i c eo ft h e d e v e l o p m e n tt o o l sw e r ei n t r o d u c e da n dd e v e l o p e dad a t a b a s e a c c e s sp r o g r a m b y u s i n gt h et h e o r e t i c a ls t u d y a n dt h ee s t a b l i s h m e n to ft h e p r o g r a m ，t h eq u a l i t y m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m sw e r ed e v e l o p e d t h es t a t i s t i c a lp r o c e s sc o n t r o l m o d u l ea n dm e a s u r e m e n te q u i p m e n tm a n a g e m e n tm o d u l ea r ed e v e l o p e d k e yw o r d s ：q u a l i t ym a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ；m e a s u r e m e n ts y s t e ma n a l y s i s ； c o n t r o lc h a r t ；d a t a b a s e i v 崎1 鸯，0 东北大学硕士学位论文 目 录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第l 章绪论1 1 1 引言1 1 2 质量管理信息系统的研究现状和发展趋势1 1 2 1 质量管理信息系统的研究现状l 1 2 2 质量信息管理技术的发展趋势3 1 3 课题的研究意义和主要内容5 1 3 1 研究意义5 1 3 2 研究内容5 第2 章实现系统的关键技术研究7 2 1 测量系统分析7 2 1 1 测量系统变差的类型7 2 1 2 测量系统变差来源1o 2 1 3 测量系统分析方法研究1 l 2 2 工序质量控制研究14 2 2 1 工序能力14 2 2 2 工序能力指数14 2 2 3 工序能力评定原则15 2 2 4 工序质量控制图的绘制16 2 2 5 控制图的观察与分析20 第3 章系统的总体结构设计2 6 3 1 系统开发方法的选择：2 6 3 2 系统功能需求分析28 3 3 系统的信息流程分析29 3 4 系统的功能结构划分31 第4 章系统的数据库设计3 6 4 1 数据库技术概述3 6 4 2 数据库管理系统的选择3 6 v 、li一 东北大学硕士学位论文目录 4 3 系统数据库设计38 4 3 1 需求分析3 8 4 3 2 概念模型设计3 9 4 3 3 逻辑模型设计4 0 4 3 4 物理设计4l 第5 章质量管理信息系统的实现一4 3 5 1 系统开发环境和开发工具的选择4 3 5 1 1 操作系统的选择4 3 5 1 2 编程语言的选择43 5 2 系统访问数据库方案的制定4 4 5 2 1v b 访问数据库的基本原理4 4 5 2 2v b 对数据库的访问方法的选择4 4 5 2 3 数据库的连接设置4 5 5 3 系统权限控制47 5 4 系统流程分析47 5 5 系统的详细设计48 5 5 1 系统的登录界面设计48 5 5 2 系统的主界面设计49 5 5 3 系统管理子系统设计49 5 5 4 质量计划子系统的设计5 0 5 5 5 质量检测子系统的设计51 5 5 6 质量评价与控制子系统的设计54 5 5 7 系统辅助功能模块设计57 5 6 系统测试57 5 6 1 程序调试5 7 5 6 2 出错处理5 8 第6 章结论6 0 参考文献_ 6 1 致谢6 3 v i 曩，；l 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 质量是企业生存和发展的基础，质量管理的优劣决定着企业的成败。随着经 济全球化的发展，一个全球性的竞争环境已经形成，在推动整个社会飞速发展的 同时，也给企业造成了一个严酷的生存环境，市场竞争更加激烈。如何快速响应 市场需求，不断以高速度、高质量、低成本和优质服务向市场提供满足用户需求 的产品以求得生存和发展已成为国内外企业普遍关注的热点。因此，建立以质量 管理理论和方法为基础、以信息技术为支持的质量管理信息系统，以实现质量管 理、质量保证和质量控制的自动化具有重要的理论意义和实用价值。因此，建立 适应企业发展的质量管理信息系统将是本文研究的主要方向。 1 2 质量管理信息系统的研究现状和发展趋势 1 2 1 质量管理信息系统的研究现状 1 2 1 1 国外研究现状 质量管理信息系统的概念最早出现在1 9 8 5 年，u i r i e hr e m b o l d 等人首先提出 了计算机辅助质量系统( c o m p u t e r a i d e dq u a l i t ys y s t e m ，c a q ) 的概念。c a q 系统 运用计算机实现质量数据采集、分析、处理、传递的自动化，实现质量控制、质 量保证、质量管理的自动化。在同一年，美国k a p o o r 等人提出了集成质量系统 ( i n t e g r a t e dq u a l i t ys y s t e m i q s ) 的概念。c a q 和i q s 在应用范围和集成度上有所 区别，但它们都是在计算机的支持下实现企业质量管理、质量保证和质量控制的 自动化。 1 9 8 7 年，英国学者t a n n o c k 博士在第四届欧洲自动化制造会议中提出质量系 统集成化的战略，认为质量系统的集成是质量信息的集成。在1 9 9 0 年，t a n n o c k 博士提出了用于制造的质量系统自动化和集成战略，系统地描述了i q s 的结构化 设计和改进过程，提出了质量数据采集和管理的集成化方法。 9 0 年代以来，在世界范围内出现了研究、开发、实施质量系统的热潮。i q s 或c a q 在c i m 中的重要性也越来越明显。1 9 8 9 年专门组织了“c i m s 中的计算 机集成质量系统 国际会议，在会上讨论了质量信息系统的建模、体系结构、 c a d c a m 与c a q 的集成、生产检测的柔性自动化、质量管理信息系统中的知识 - 1 i 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 工程与专家系统等问题。 。 质量管理信息系统的研究虽然起步较晚，但最近十几年发展较为迅速。在学 术和技术上，发达国家均占明显优势。不仅在学术上取得了丰硕的成果，在成果 转化、向工业界推广方面也非常的成功。纵观国际上对质量信息系统的研究，根 据其研究侧重点的不同，可以分为两种流派： ( 1 ) 侧重于自动化技术在质量管理中的应用 将质量管理信息系统看作是c i m s 当中的一个重要组成部分，与c a d 、 c a p p 、c a m 处于同一地位，侧重于实现质量控制、质量保证和质量信息管理的 自动化，因此称之为c a q 。其中以德国为代表。德国是制造业大国，德国政府科 技部为使“m a d ei ng e r m a n y 成为世界上高质量的标志，出资数亿马克进行“质 量与设计、“质量与制造 、“质量与装配 、“质量与管理 以至“质量与时间 的研究。 德国学者对于c a q 的研究成果主要体现在德国标准技术研究所( d i n ) 的技术 报告中。该报告主要分析了c i m 的接口标准，讨论了c a q 与c i m 其他子系统的 接口。德国在c a q 研究方面开展的较早，研究的范围比较广泛，从市场对c a q 的需求到c a q 与c i m 的集成都进行的深入有效的研究，其研究水平处于领先地 位【1 1 。 ( 2 ) 侧重于质量管理系统和方法的研究 日本学者对质量管理系统的研究着眼于质量管理系统的优化和质量控制方法 的研究。与美国和欧洲相比，日本人认为质量问题主要是管理方面的问题。因此， 日本学者提出了质量问题人人有责的观点，如开展q c 小组活动，将q c 小组从 制造部门推广到整个企业当中。同时提出质量管理的新七种工具，加强了质量控 制的方法。此外，日本学者注重对员工的培训和教育，提高员工的质量意识，培 育良好的质量文化。并从这些方面出发来改进和完善质量管理信息系统。 1 2 1 2 国内研究现状 我国的质量信息系统研究大致经历了培育期和发展期两个阶段。2 0 世纪9 0 年代前期，许多高校开展了质量信息化基础研究，但主要是对分散的质量改进工 具进行研究，跟踪国际先进技术并进行实验性的探索。9 0 年代后期，在国家各种 研究计划的支持和推动下，质量信息系统技术、方法才得以被系统、深入、广泛 地研究并取得初步成果。与此同时，一批具有较强实力和典型行业特点的企业开 始推行质量信息系统，并收到了很好的成效。 随着c i m s 作为国家8 6 3 计划的重点研究项目之一，以及全面质量管理等先 2 - 太 东北大学硕士学位论文笫1 章绪论 进质量管理方法的推广与普及，质量管理信息系统在国内的研究也越来越广泛和 深入。重庆大学先进制造技术研究所、西安交通大学、北京航空航天大学、清华 大学、合肥工业大学等高等院校都在从事此项研究工作，涉及的学科范围包括管 理科学与工程、机械工程、计算机科学与技术以及自动化工程等。其中，杨世元 教授对质量管理信息系统的总体设计进行了探讨，张根保教授对基于质量b o m 和整合条码的质量管理信息系统进行了研究，唐晓青教授深入研究了c i m s 环境 下的c a q 开发，杨铭等对基于9 4 版i s 0 9 0 0 0 标准的信息系统的开发进行了探讨 ( 1 9 9 8 年) 。国内对于质量管理信息系统的研究涉及多个方面，取得了丰硕成果【2 1 。 如今，质量管理信息系统的开发研究正在各个领域展开。在理论研究的基础 上，国内外的质量管理商用软件的开发也正同步进行。一些大型企业，如美国麦 道飞机公司、福特汽车公司、d e c 公司、德国弗利德里希哈芬( m t o ) 公司均从质 量管理信息系统的运行中取得了经济效益。 目前，在国际上比较流行的计算机辅助质量系统软件有德国的c d e 软件系统 公司开发的“q u i p s y ”c a q 商品化质量管理系统软件，德国m t u 公司的“q u i s s c a q 系统。此外，国外一些著名的e r p 软件( 如德国s a p 公司的r 3 系统、美国 s s a 公司的h t k s 系统) 中也包含有质量管理模块。 我国国内也出现了不少用于质量管理的系统软件，如由西安交通大学与航空 航天部2 0 4 所合作开发的c i m s 环境下基于客户端服务器的计算机辅助质量系统， 简称( c sc a q i s ) ，该系统是一个覆盖机械制造企业从原材料入厂、零件制造以 及成品试验等各个环节的质量控制、质量管理与质量保证等主要功能的综合性软 件系统。1 9 9 8 年北京航空航天大学质量工程实验室开发了面向企业质量保证全过 程的集成化质量管理软件系统“q q e n t e r p r i s e 企业级集成质量系统”，此系统的 应用实施过程是基于q q e n t e r p r i s e 系统标准版，根据企业特定需求进行用户化开 发，最终提供符合企业环境、满足企业需求的c a q 系统。 目前，国内市场上质量管理系统软件最大的供应商是总部位于澳大利亚的库 得克软件公司( q t e c ) 。它开发的q i s 2 0 0 0 是一个面向整个企业组织、对企业 生产全过程进行管理并提供所有相关信息的大型质量信息管理系统。q i s 2 0 0 0 使 所有的管理人员能够随时掌握生产全过程中关键因素的稳定性、能力、水平和变 化。 1 2 2 质量信息管理技术的发展趋势 随着先进制造技术、互联网技术、智能决策技术的不断发展，质量管理信息 ，；0， 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 系统的发展呈现以下趋势【3 4 】： ( 1 ) 面向先进制造技术的w e b 集成质量系统 先进制造技术( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y ，a m t ) 最早源于美国， 是制造业不断吸收信息技术及现代化管理等方面的成果，并将其应用于产品设计、 制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至收回的制造全过程，以实现优质、高 效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力 的制造技术的总称。先进制造技术的产生与互联网的发展有着密不可分的联系。 i n t e r n e t 在改变信息传递方式的同时也改变着企业组织管理方式，使以满足全球化 市场用户需求为核心的先进制造活动成为可能，而在敏捷制造、虚拟制造、并行 工程等先进制造模式下，企业集团需要及时了解各地分公司的生产经营状况，同 一企业不同部门、不同地区的员工之间需要及时共享数据信息，企业和顾客之间、 企业和合作伙伴之间也存在着大量的信息交互。因此，i n t e r a c t 也就成了信息交互 的基础。面向先进制造技术的w e b 集成质量系统支撑包含： i n t e r n e t i n t r a n e t e x t r a n e t 环境下的多层次软件技术体系结构、网络数据库的连接、 集成、网络应用程序开发技术、中间件、跨平台技术、网络安全与防护技术。盟 主与同盟公司及各公司内部以计算机网络为技术基础进行质量信息的传输、交换 和管理。盟主企业质量信息系统负责整个动态联盟的质量控制、质量保证，对盟 员企业的质量进行分析、决策等。 ( 2 ) 智能化的集成质量管理信息系统【5 】 2 0 世纪9 0 年代以来，人工智能技术( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，a i ) 在制造中 的应用研究异常活跃，它模拟人脑思维，对知识进行表述和处理。目前在质量管 理信息系统中采用的人工智能技术主要包括两个方面：以符合推理为特征的传统 人工智能和由神经元组成的人工神经网络。随着决策支持系统( d s s ) 与人工智 能相结合，出现了智能化决策支持系统( i n t e l l i g e n td s s ，i d s s ) 。i d s s 利用专家 系统( e x p e r ts y s t e m ，e s ) 技术，预先把专家( 决策者) 的建模经验整理成计算 机表示的知识组织在知识库中，并用称为推理机的一组程序来模拟专家的思维推 理，形成一个智能部件。在经典d s s 中需要决策者干预时，就先访问此智能部件， 只有它也无能为力时才请求人工干预，这样就可以大大提高决策效率并减轻决策 人的负担。i d s s 分为数据驱动、模型驱动、知识驱动和通讯驱动等类型，其中应 用最多的是数据驱动的i d s s 。制造技术逐渐实现制造的知识化、自动化、柔性化， 以实现对市场的快速响应。其中主要应用有：基于神经网络的智能检测、故障诊 断、识别、设计、优化；基于遗传算法的优化设计；基于规则、框架的专家系统； 4 - i i 土 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 基于类比推理的知识系统；基于a g e n t 技术的分布式智能制造系统。 ， 1 3 课题的研究意义和主要内容 1 3 1 研究意义 企业质量管理包含了企业生产经营和管理过程中十分丰富的内容，光靠人工 进行管理不仅效率低下，而且成本较高，容易出错，很难满足现代企业发展要求。 目前，我国制造业普遍存在着因产品质量缺陷而浪费运作成本的问题，而要保证 质量就需要有一套完整的质量管理信息系统有效地对质量数据进行采集、存储、 评价，从而获得_ 系列控制环，有效地控制、促进质量的提高。企业采用以计算 机技术为基础的质量管理信息系统的意义主要表现在以下几个方面【6 】： ( 1 ) 零散而复杂的质量数据被保存到数据库，由相关质量管理系统对质量数 据进行分析处理，将使质量管理涉及范围更广，并有利于全企业质量信息的集成 化管理； ( 2 ) 质量管理相关信息的采集、传输、处理、存贮、分析等工作全部交由计 算机进行，可以大大提升质量管理工作效率，并将劳动者从纷繁复杂的手工劳动 中解放出来； ， ( 3 ) 计算机辅助的质量管理信息系统可以及时更新质量数据，得出相应的处 理结果，可对正在进行的生产起到及时指导和监控的作用； ( 4 ) 节省质量管理人力和物力的投入，从而大大降低质量管理成本，增加利 润； ( 5 ) 质量管理信息系统可以对已有的质量数据做出分析和统计，用以指导以 后的生产，从而避免在以后生产过程中出现类似的质量问题。另外，采用计算机 辅助的质量管理技术可以避免一些人为因素引起的错误，很好地保证分析计算结 果的正确性。 1 3 2 研究内容 在现代制造模式下，质量管理信息化已经成为企业管理信息化的主要组成部 分。本课题对国内外质量管理信息系统的研究现状及发展趋势进行了研究和分析， 并以质量管理理论为基础，以开发适应现代制造模式的质量管理信息系统为出发 点，对质量管理信息系统的总体结构和数据库进行了设计，并对部分模块的设计 和实现进行了详尽的介绍。本文主要分为以下几部分内容： 第l 章介绍了国内外质量管理信息系统的研究现状及发展趋势。并介绍了本 - 5 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 课题的研究意义和研究内容。 第2 章介绍了测量系统变差的类型和来源，并对测量系统的评价方法和评价 过程进行了研究。同时介绍了控制图的原理与形式，对平均值一极差控制图、不 合格品率控制图和缺陷数控制图的原理和在质量控制中的应用以及控制图的观察 与分析进行了研究。 第3 章介绍了系统的开发方法，对系统进行了需求分析，并对系统功能模型 的建立进行了详细研究。 第4 章介绍了数据库技术，并介绍了系统数据库的设计过程，建立了数据库 结构模型。 第5 章介绍了系统的总体实现，介绍了数据库访问技术，并对在系统开发过 程中的程序调试和出错处理方法进行了探讨和详细的说明。 第6 章对本文进行总结。 0 i 殳 东北大学硕士学位论文 笫2 章实现系统的关键技术研究 第2 章实现系统的关键技术研究 在企业的质量管理活动中，不论是决策分析还是质量控制都需要大量的质量 数据，质量数据是质量管理的基础。质量管理信息系统的建立也是以质量数据为 基础的，为保证系统有效运行并为决策者提供决策依据，就必须保证质量数据的 真实性、准确性和及时性。一般来说，质量数据是由测量系统( m e a s u r e m e n t s y s t e m ，m s ) 提供，测量系统的好坏，决定着质量数据是否可靠。本章主要对测 量系统分析( m e a s u r e m e n ts y s t e ma n a l y s i s ，m s a ) 方法进行研究，并对质量控 制过程进行研究。 2 1 测量系统分析 2 1 1 测量系统变差的类型 一个测量过程可以被看作是一个生产过程，该过程的输出就是测量值。测量 值的“优度 是通过影响测量值的变差来描述的。在传统上，通常将变差分为位 置变差、宽度变差和研究变差f 7 1 。 2 1 1 1 位置变差 表征位置变差的有偏倚、线性和稳定性。 ( 1 ) 偏倚( b i a s ) 偏倚又称为测量的偏倚，是测量结果的期望与真值的差值。可以用多次观测 值的平均值与参考值之差来计算偏倚。如图2 1 所示。偏倚是由一种或几种系统 误差所引起的。通常可以通过校准检定来估计或消除偏倚。 偏倚 - 一 1 、 测量平均值 参考值 图2 1 偏倚 f i g 2 1b i a s 东北大学硕士学位论文第2 章实现系统的关键技术研究 ( 2 ) 稳定性( s t a b i l i t y ) 稳定性是指在某一段时间内，用相同的测量系统测量同一基准或零件的同一 特性所得到的测量值的总变差。它是在规定的整个时间内的偏倚随时间的变化， 有时又称为漂移。如图2 2 所示。稳定性表征的是测量系统响应的一种缓慢变化。 基准 问 图2 2 稳定性 f i g 2 2s t a b i l i t y ( 3 ) 线性( l i n e a r i t y ) 线性是指在测量设备预期的工作( 测量) 量程内偏倚值的差异。线性可被视 为在不同的量程大小上偏倚的变化。或者说，线性是多个独立的偏倚值在测量设 备的整个量程范围内的相关性。如图2 3 所示。 低量程 偏倚1偏倚厅 ， 入 r 高量程 观测数值 观测数值 图2 3 线性 f i g 2 3l i n e a r i t y 通常希望在整个量程大小上的偏倚变化呈线性关系，即偏倚随着量程大小的 线性增长而线性增加( 或减小) 。 2 1 1 2 宽度变差 最常用的宽度变差有重复性和再现性及其合成的g r r 或r & r 。 - 8 - 0 更 东北大学硕士学位论文第2 章实现系统的关键技术研究 ( 1 ) 重复性( r e p e a t a b i l i t y ) 重复性是指在重复性条件下，相互独立的测试结果之间的一致程度。重复性 条件是指在同一实验室，由同一操作者使用相同设备，按相同的测试程序，并在 短时间内对同一被测对象相互独立进行的测试条件。如图2 4 所示。 参考值 图2 4 重复性 f i g 2 4r e p e a t a b i l i t y 重复性并非单指设备内部变差，包含在测量系统模型中的任何因素发生的内 部变差均可视为重复性。它是在重复性条件下连续测量的随机误差的表现。 ( 2 ) 再现性( r e p r o d u c i b i l i t y ) 再现性是指在再现性条件下，测量结果之间的一致程度。再现性条件是指在 进行测试的实验室、操作者、测试设备、测试程序( 方法) 和测试时间有本质变 化的情况下，对同一被测对象相互独立进行的测试条件。如图2 5 所示。 再现性 参考候【 惑讶义 a cb 人 图2 5 再现性 f i g 2 5r e p r o d u c i b i l i t y 由此可见，再现性表现为评价人之间的变差。 ( 3 ) 量具的重复性和再现性( g r ro rr & r ) ： 在表征测量系统变差时，通常将重复性和再现性进行合成，合成后得到的变 差称为量具的g r r 或r & r ，在工业上有时称为“双性。表达如下： 腿= 陋+ “i 脚 ( 2 1 ) 9 东北大学硕士学位论文第2 章实现系统的关键技术研究 式中： 娘一量具重复性和再现性变差； 以p e 砒捌。t y 一量具重复性变差； 融。i b i l i t y 一量具再现性变差。 有时还使用一致性和均匀性来描述宽度变差。 2 1 1 3 研究变差 在测量系统分析中，通常对如下研究变差进行数据分析和判别。 ( 1 ) 评价人变差( a p p r a i s e rv a r i a t i o n ) 在稳定性的条件下，不同评价人( 操作者) 使用相同的测量仪器和方法对相 同的被测对象进行测量所得到的平均值的变差，通常表示为a v 。它是产生测量系 统变差的普通原因所引起的变差之一，是由于评价人使用同一测量系统的技能和 方法之间的差异所导致的变差。 ( 2 ) 零件间变差( p a r t t o p a r tv a r i a t i o n ) 零件间变差是指对不同零件进行测量时产生的彼此间的变差。通常表示为 p y 。 ( 3 ) 交互作用变差( i n t e r a c t i o nv a r i a t i o n ) 采用方差分析时两个或多个因子之间相互作用的结果，在测量系统分析中特 指评价人与零件间的相互作用而产生的变差。可通过该变差的显著性检验确定变 差的显著性。 ( 4 ) 量具变差( e q u i p m e n tv a r i a t i o n ) 量具变差就是指重复性。 2 1 2 测量系统变差来源 测量系统的变差来源是多方面的，不但包括普通原因变差，而且还包括特殊 原因造成的变差，而且在不同的情形下，特殊原因是不尽相同的。这就增加了测 量系统变差分析的难度。在通常情况下，只能关注测量系统变差的主要来源，采 用如图2 6 所示的因果图对变差来源进行分析。 由于通常采用测量系统的输出( 测量结果) 进行必要的统计分析并做出决策， 所以在测量结果中就包含了所有来源变差的影响，那些能够被量化的来源变差的 积累效应称为测量系统的误差。因此，测量系统误差就有可能包含如下的变差分 量：敏感度；分辨力；重复性；偏倚；损坏；再现性；仪器或夹具之间的差异； 使用的方法之间的差异；环境因素等。 - 1 0 ， o 东北大学硕士学位论文第2 章实现系统的关键技术研究 图2 6 变差来源因果图 f i g 2 6c a u s ea n de f f e c td i a g r a mo fb i a ss o u r c e 2 1 3 测量系统分析方法研究 确定测量系统能力是许多过程和质量改进的重要方面，研究测量系统的重要 目的是：确定观测总变差中变差所占的比例；分离系统中的变差源；评估量具是 否具有能力( 确定量具是否可广泛用于项目和其他测量应用中) 。本文主要针对计 量型测量系统的重复性和再现性进行研究。 在进行测量系统分析之前应进行充分的策划和准备，这是测量系统分析的首 要步骤。该步骤的目的是确定有哪些过程参数用于对测量系统进行的研究【舡9 1 。 测量系统构成 确定所研究的测量系统的构成。包括仪器( 或量具) 和文件化的评估程序。 仪器应该有足够的分辨力，且满足十分之一的原则。例如，要测量的特性变差为 0 0 5 ，则所选择的仪器应能识别并读出o 0 0 5 大小的变化。测量方法( 例如评价 人和仪器) 须符合被测特性的尺度并且遵循已定义的评估程序。 参数数量设定 确定评价人数量、样件的数量以及重复读数的次数，通常首选3 个评价人， 4 1 0 个样件，3 6 次重复读数。但评价人数量、样件数量或读数次数越多，置信 度越高，费用也越多，所以首先要规定置信度。而较多的重复读数对减少变差是 有影响的。所以在允许的情况下，重复读数的数量应尽量选择的多一些。 评价人选择 评价人应从那些经过培训的、经常操作的且对该测量系统有资质的人员中选 择，而且有可能的话应该是随机选择，而非指派。如果指定评价人，则可能会人 为减小再现性变差，不能准确反映测量系统的真实变差。 样件选择 东北大学硕士学位论文第2 章实现系统的关键技术研究 根据测量系统的使用目的和生产现场样件的易获得性，确定使用的样件以及 样件的来源。样件必须来源于现行的生产过程。在样件采集时，应保证样件是随 机抽取的，通常采用在不同的日期和不同的班次中抽取样件，并对样件编号作合 理的标识。 完成测量系统分析的准备工作后，对测量系统进行分析。 ( 1 ) 控制图法 一般采用平均值一极差控制图进行系统的重复从与再现性的评价【1 0 川】。 1 ) 控制图界限的计算 极差控制图的界限 i u c l = r 荩或 c l =