统计过程控制与测量系统分析的若干问题研究

论文摘要

预防质量缺陷、追求品质卓越的理念深入质量管理和生产过程,预防原则成为现代质量管理的核心与精髓。统计过程控制SPC作为质量控制的重要工具和技术,对预防产品生产全过程的质量缺陷具有举足轻重的作用。自20世纪20年代Shewhart博士提出第一张控制图以来,经过几十年的发展和应用,SPC在工业生产和质量改进方面取得了显著的效果。但是,传统SPC的实施仅限于质量特性值统计独立的假设,而在现代高速、自动化的工业过程中,观测序列往往存在不同程度的自相关性,这使得SPC在监控时容易漏发报警;SPC控制图以“点出界”作为过程失控的判异准则,而对点的好坏程度没有加以量化说明,并且这样的判异准则仅依赖当前的测量数据进行,容易对控制限内的点排列不随机而导致的过程失控漏发报警。统计质量管理及SPC的实施,必须以大量的测量数据为基础。同时,测量本身也是一个过程。因此,有必要对产生测量数据的测量系统进行分析,即实施测量系统分析MSA,而MSA的理论基础和基本方法是SPC技术。针对SPC的局限性及其研究现状,本文在SPC与EPC的整合框架下研究自相关过程的质量控制问题;在过程异常模式的识别中引入模糊聚类分析加以实现。对MSA的稳定性分析及MSA推广应用也作了相应研究。本文的贡献主要在以下几个方面:1.研究统计过程监控与调整,提出了在状态空间模型下,自相关过程的统计监控方法,对EPC反馈调整进行深入分析,从而将EPC控制器的设计推广到了一般情况。2.在SPC与EPC整合框架下,通过引入反馈,将Taguchi思想推广到分析自相关过程的质量损失,并进一步将Taguchi信噪比作为特性指标衡量SPC与EPC整合以及不同监控方法的效果。3.提出了采用模糊聚类分析的方法识别过程异常模式,实现统计独立过程和自相关过程的质量控制。4.将EWMA控制图应用于MSA稳定性分析中,提高了检测过程均值中存在小波动的效果;将MSA推广到恒加荷试验中,研究MSA在压力试验机精度检测中的应用。最后,在本文的研究基础上,提出了对SPC改进与MSA应用研究的一些思考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 质量管理
• 1.1.1 质量管理的沿革
• 1.1.2 质量管理的意义
• 1.2 统计过程控制
• 1.2.1 质量波动
• 1.2.2 控制图
• 1.2.3 SPC 的发展
• 1.2.4 SPC 的缺陷及解决方法
• 1.3 SPC 的研究现状
• 1.3.1 SPC 与EPC 的整合
• 1.3.2 Taguchi 质量损失
• 1.3.3 模式识别
• 1.4 测量系统分析
• 1.5 论文结构
• 第二章 统计过程监控与调整
• 2.1 前言
• 2.2 状态空间模型下的自相关过程的统计监控方法
• 2.2.1 p < q 情况下的自相关过程的监控方法
• 2.2.2 p ≥q 情况下的自相关过程的监控方法
• 2.3 状态空间模型下的EPC 反馈调整分析
• 2.3.1 MMSE 反馈控制器分析
• 2.3.2 PID 反馈反馈控制器分析
• 2.3.3 反馈调整的一般形式
• 2.4 反馈控制器的分析与设计
• 2.4.1 反馈控制器的分析
• 2.4.2 反馈控制器的设计
• 2.5 自相关过程反馈监控
• 2.6 结论与注解
• 第三章 Taguchi 方法在自相关过程中的分析与应用
• 3.1 前言
• 3.2 自相关过程质量损失分析
• 3.2.1 自相关过程模型
• 3.2.2 反馈调整
• 3.2.3 质量损失分析
• 3.2.4 质量损失与过程能力
• 3.3 田口信噪比在自相关过程质量控制中的应用
• 3.3.1 田口信噪比及常用性能指标
• 3.3.2 自相关过程的S/N
• 3.3.3 Monte-Carlo 模拟
• 3.3.4 S/N 在自相关过程质量控制中的应用
• 3.4 结论与注解
• 第四章 基于模糊聚类分析的过程质量控制
• 4.1 前言
• 4.2 特征向量的提取
• 4.2.1 统计独立过程的特征向量的提取
• 4.2.2 自相关过程的特征向量的提取
• 4.3 基于等价关系的模糊聚类的过程质量控制
• 4.3.1 基于等价关系的模糊聚类
• 4.3.2 统计独立过程质量控制
• 4.3.3 自相关过程质量控制
• 4.4 结论与注解
• 第五章 EWMA 控制图在MSA 稳定性分析中的应用研究
• 5.1 前言
• 5.2 EWMA 控制图
• 5.2.1 EWMA 统计量
• 5.2.2 EWMA 的ARL
• 5.2.3 EWMA 控制图在MSA 稳定性分析中的实施
• 5.3 EWMA 与Shewhart、CUSUM 控制图的分析比较
• 5.4 示例分析
• 5.5 结论与注解
• 第六章 MSA 在压力试验机精度检测中的应用研究
• 6.1 前言
• 6.2 加载速率
• 6.3 测量系统分析的实施
• 6.3.1 统计稳定性
• 6.3.2 重复性和再现性
• 6.3.3 线性分析
• 6.4 统计过程控制的实施
• 6.5 结论与注解
• 第七章 总结与思考
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录A：统计独立过程异常模式模糊聚类识别数据
• 附录 B：自相关过程异常模式模糊聚类识别数据
• 附录 C：攻读硕士学位期间发表和完成的论文