利用SPC技術對零件加工精度的控制

唐少琴 高曉丁

（1.西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089；2.西安工程大學，陜西 西安 710089）

利用SPC技術對零件加工精度的控制

唐少琴1，2高曉丁2

（1.西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089；2.西安工程大學，陜西 西安 710089）

隨著現代科學技術的發展，對零件加工精度的要求越來越高，對生產過程的控制和分析也勢在必行。建立在概率論基礎上的過程控制工具SPC技術是目前控制穩定產出的主要工具之一。文章主要介紹了SPC的控制原理、控制過程和SPC的判異標準。

加工精度；控制；SPC

傳統的精度分析方法通過人工進行，工作量大，計算繁瑣，檢測精度相對不高。現代科學技術的發展對機器零件的精度要求越來越高，這就要求減少誤差，保證工藝過程的穩定，以確保零件的加工精度，那么對加工精度分析和控制的要求也就越來越高。基于此提出了利用計算機輔助進行加工精度的統計分析，使得這項工作的效率及準確性得到大大的提高。目前，SPC技術是生產過程控制穩定產出的主要工具之一，在生產型企業中應用的非常廣泛。

（一）SPC技術的發展

SPC即統計過程控制。SPC是20世紀20年代美國貝爾實驗室休哈特博士首先應用正態分布特性于生產過程中的管理。二戰后期，美國將休哈特方法在軍工部門推行，同時休哈特的同事戴明博士在日本推行 SPC得到非常好的應用。在日本強有力的競爭下，上世紀80年代起，美國又重新大規模推行SPC。經過近70年在全世界范圍的實踐，SPC理論已經發展得非常完善，其與計算機技術的結合日益緊密，其在企業內的應用范圍、程度也已經非常廣泛、深入。目前，已成為生產過程中控制穩定產出的主要工具之一，在生產型企業中應用的非常廣泛。在我國 SPC理論的應用還沒有普及。隨著市場競爭的日益激烈，企業對產品的質量提出了更高的要求，特別是加入WTO以后，企業將面臨著全球化的產品競爭，而產品競爭的法寶就是以質取勝，質量無國界，企業要想加入全球產業鏈之中，就必須按照國際統一的質量管理標準和方法進行質量管理。近年來，越來越多的企業意識到這一點，紛紛通過了 ISO9000、QS9000等質量管理認證。而國際標準化組織（ISO）也將SPC作為ISO9000族質量體系改進的重要內容，QS9000認證也將SPC列為一項重要指標。

（二）SPC原理

SPC技術是建立在概率論基礎上的一種加工過程統計方法。根據概率論，如果加工條件只在隨機誤差的影響下，加工誤差如果用δ表示則加工誤差服從正態分布曲線，如下圖所示：

正態分布曲線

分布密度可以用如下公式表示：

由分布曲線圖可知，當δ=0時，概率密度最大，當δ越大時概率越小，反知。

由圖可知隨機誤差的分布曲線有以下的基本特性：

（1）絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出現的機會要多。

（2）對稱性，即如果測量次數很多時，正、負誤差出現機會均等。

（3）有界性，即誤差的絕對值不會超過一定的界限。

概率統計知，當δ=3σ時，有 99.73%的誤差分布在±3 σ的范圍內。則測量值X也應有99.73%分布在X0±3σ范圍之內。

SPC控制圖一般分為計量型和計數型，計量型控制圖主要是控制產品質量特性。計數型主要控制次品數和缺陷數。符合正態分布的計量型SPC控制圖也叫X-R控制圖也叫平均值-極差控制圖。X-R控制圖包含X控制圖也叫平均值控制圖，R控制圖也叫極差控制圖。

一般極差用 R表示，每一組測量數值中工件的最大、最小尺寸之差，稱為極差值R。極差計算公式如下：

當一生產過程僅受隨機因素的影響，從而產品的質量特征的平均值和變差都基本保持穩定時,稱之為處于控制狀態，此時，產品的質量特征是服從確定的正態分布曲線的。反之，在生產過程受到系統誤差的影響時，產品的平均值和變差不能保持穩定，稱之為系統處于失控狀態，產品的質量特性不服從確定的正態分布曲線。正態分布曲線(或其中的未知參數)可依據較長時期在穩定狀態下取得的觀測數據用統計方法進行估計，正態分布曲線確定以后，質量特征的數學模型隨之確定。為檢驗其后的生產過程是否也處于控制狀態，就只需要檢驗上述質量特征是否符合這種數學模型。為此，每隔一定時間，在生產線上抽取一個大小固定的樣本，計算其質量特征，若其數值符合這種數學模型，就認為生產過程正常、受控，否則，就認為生產中出現某種系統性變化，或者說過程失去控制。這時，就需要考慮采取包括停產檢查在內的各種措施，以期查明原因并將其排除，以恢復正常生產，不使失控狀態延續而發展下去。平均值控制圖就是將正態分布曲線進行旋轉90°而得，如下圖所示：

平均值控制圖

極差控制圖如下圖所示：

極差控制圖

X-R圖中的UCL、LCL和UR還可以用極差來估算。估算的計算公式如下：

A、D值與每組測量數據的個數有關。取值如下系數表所示：

系數表

（三）SPC控制過程

SPC控制分為兩個階段，即分析階段和控制階段。

1.分析階段

分析階段即準備階段，就是將生產過程所需的原材料、設備、勞動力、測量系統等按標準進行準備，然后進行加工（但一定要保證生產過程受控），將加工的數據進行測量、整理、計算等，制作成 X-R控制圖。也可以直接從生產線上進行抽樣（（但一定要保證生產過程受控）。當生產過程中的原材料、設備、勞動力、測量系統等任何一個發生改變就必須重新進行制圖。

2.控制階段

利用在分析階段制成的 X-R控制圖，每隔一段時間進行抽樣（一般抽取20～25個，每組4～5個）然后描點判斷生產是否處于受控狀態。

（四）SPC判異準則

1.受控狀態

在控制圖上的正常表現為：

（1）所有樣本點都在控制界限之內；

（2）樣本點均勻分布，位于中心線兩側的樣本點約各占1/2；

（3）靠近中心線的樣本點約占2/3；

（4）靠近控制界限的樣本點極少。

2.失控狀態

明顯特征是有：

（1）一部分樣本點超出控制界限。

（2）如果沒有樣本點出界，但樣本點排列和分布異常，也說明生產過程狀態失控。

例如：

（1）連續7點上升或下降；

（2）連續3點中有2點落在警戒區內；

（3）連續7點出現在中心線一側。

失控不僅僅表現在點排布上，而且還表現在 X控制圖中的CL線有明顯的移位。

小結：傳統的質量控制有賴于檢驗最終產品并篩選出不符合規范的產品，這種檢驗策略通常是浪費和不經濟的，因為它是當不合格品產生以后的事后檢驗。SPC技術的出現，讓質量管理從這種被動的事后把關發展到過程中積極的事前預防為主，通過生產數據采集，運用 SPC理論將數據自動分析計算后表現為圖形，在圖形的運行下有不合格趨勢時就自動預警，現場人員可及時調整，避免不合格品的產生，從而大大降低了企業的生產成本，同時也提高了企業的競爭能力。

[1]方文懷.spc實戰——新工廠管理(6)[M].廣東:經濟出版社,2005.

[2](美)布魯·六西格瑪[M].北京:中信出版社,2006.

[3]王毓芳.統計過程控制的策劃與實施——質量管理體系中統計技術應用指導與培訓教材[M].北京:中國經濟出版社,2005.

[4]楊躍進.統計過程控制技術[M].北京:航空工業出版社,2003.

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1008-1151(2011)04-0133-02

2011-01-20

唐少琴（1976－），女，西安航空職業技術學院自動化工程系教師，西安工程大學在讀碩士，研究方向為機電一體化應用；高曉丁（1956－），西安工程大學教授，研究生導師，研究方向為機電設備的測控技術研究。