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一元在线质量监控图的设计与应用

时间:2016-06-17 13:54 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:林小妹 舒芳誉 点击次数:

  摘要:文章主要阐述了一元在线质量监控图设计原理——它以Z检验法、卡方检验法、箱线图及四分位数间距相结合为手段,在考虑过程固有变异(σ2)的基础上,建立过程总体的置信区间,并将当前生产过程的样本信息与置信区间进行比较,以监控生产运行过程是否处于可接受的并且稳定的统计控制水平,它不仅报(预)警规则简单,而且它的图形直观易懂。实际应用表明一元在线质量监控图适用于卷烟生产现场的使用。

  关键词:质量控制;控制图;箱线图;卡方检验;Z检验;在线监控

  引言

  从1924年,休哈特提出世界上第一张控制图后,统计过程控制技术世界范围内的迅速传播,使质量管理从质量检验阶段进入到了质量管理阶段。在我国烟草加工企业使用SPC技术进行日常质量分析工作的时间,可追溯至上个世纪80年代,特别是二十世纪九十年代中后期信息技术的全面发展,传统SPC技术才得以在烟草加工企业深入应用,并开始将其应用于在线的质量监控。然而,由于种种原因,烟草加工企业使用的SPC技术主要聚中在直方图、常规控制图(不包含标准值给定的控制图)、预控图(彩虹图)、工序能力指数等四个方面。比如:张敏[1]等人通过采用直方图、平均值-标准偏差控制图和平均值-极差控制图等方法,建立了“过程质量监控系统”和工艺参数、技术条件实施标准,并辅以相应的技术管理措施,提高了卷烟生产过程能力水平,初步实现了从控制结果向控制过程、从人工控制向自动控制的转变。巩庆涛[2]根据烟草质量特征参数实时监控的需要,对模拟退火算法和ELMAN网络进行了优化研究,并将其应用于控制图异常模式智能识别,为基于SPC技术的智能质量控制系统的实现提供了技术支持与参考。陈书亭[3]等利用现代计算机技术和统计过程控制理论对淮阴卷烟厂卷烟制丝线生产和控制过程进行现场数据的采集、运用控制图技术对数据进行分析和处理,建立了“制丝线质量动态分析系统”并以此实现对制丝线的质量进行控制。唐静[4]等人利用直方图对卷烟生产过程的重要质量特性值卷烟单支重量进行工序质量分析,判断和评价卷烟卷制过程的烟支重量以及生产过程是否受控,从而发现问题并解决问题,达到改进与保证产品质量的目的。蔡慧丽[5]对杭州、上海、长沙及郴州等四家卷烟生产厂使用的SPC技术进行调研后,发现预控图或类似预控图的趋势图以及工序能力指数在上述四家生产厂得到了广泛应用。

  当前,随着中式卷烟特色工艺技术、高速卷烟技术等烟草加工技术的发展,以及模块化设计、现代柔性设计、现代物流技术等现代技术在卷烟生产过程的集成应用,传统SPC技术也逐渐开始在烟草加工业显现出不相适应的地方,大致表现为:(1)随着卷烟分组加工技术在全行业的普遍采用,卷烟生产模式向多品种、小批量生产方式发生转变,使适合大批量生产的传统SPC技术难以发挥应有的作用。特别地,当需要比较同一生产牌号批次间质量稳定性、工序生产质量稳定性、不同生产班次间质量稳定性时,传统SPC技术没有给出解决方法。(2)烟草加工过程是一种流程性加工过程,目前,不仅自动控制技术在烟草加工设备上大量使用,而且也通过信息化手段实现了大量生产数据的自动采集,而由于参数的自动调节和(或)参数间的相关性等的影响,就会导致传统控制图出现虚假报警,甚至失去监控过程质量的作用。(3)在卷烟加工的制丝生产过程中,经常会出现可查明原因且不能消除的现象,如:不能消除生产开始、生产结束和断料时段的影响,不能消除因烟叶等级及加工特性的不同导致控制图出现连续上升或下降或其它报警情形,以及偶尔产生的个别异常值等,这些类似情况均会触发控制图报警,从而也就降低了监控作用和适用性。为缓解以上种种不适应现象,将Z检验法、卡方检验法、箱线图及四分位数间距(IQR,Interquartilerange)相结合,我们设计了一元在线质量监控图。

  1一元在线质量监控图的图形结构

  一元在线质量监控图的图形结构如图1所示,它以时间为横轴,以需要监控的质量特性为纵轴,并假定其符合N(?滋,?滓2),于是图1中y0=μ为技术标准值,y1=y0+Z1-α/2×σ/,y2=y0+Z1-β/2×σ/,y3=y0-Z1-α/2×σ/,y4=y0-Z1-β/2×σ/(n为样本容量,Z1-α/2、Z1-β/2为标准正态分布分位数,α、β为置信度,且α>β),同时,划定y1与y3之间的区域为正常区域,以绿色填充;y1与y2、y3与y4之间的区域为预警区域,以黄色填充;y2与y4以外的区域为报警区域,以红色填充,最后以样本均值点确定箱线图位置。

  2技术实现

  在实际问题中,通常先确定过程固有变异,然后再对样本相关统计量进行假设检验,以确定过程是否达到或继续保持在具有适当置信度水平的统计状态。为此,假设x1,x2,x3,…,xn,是从监控的质量特性总体N(?滋,?滓2)中抽取的一个样本量为n的随机样本,并记2,其中j=1,2,…,n。

  2.1确定监控的质量特性总体参数μ和σ2

  2.1.1确定总体参数μ

  为便于发现样本均值与所采用的技术标准值的差异,并判断该差异是否大于预期的仅仅由偶然原因造成的变化,采用产品技术标准中规定的标准值作为总体参数μ[6-7]。

  2.1.2确定总体参数σ2

  收集k个批次的历史数据(要求已经剔除了由可查明的原因导致的异常数值),分别计算各批的样本方差S2,再采用(1)式来确定总体参数σ2[8]。


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