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面向多品种、小批量制造环境的过程质量监控方法及嵌入式系统的研究

殷建军  
【摘要】:为了保持市场竞争力和满足顾客需求,现代制造企业大多转向了多品种、小批量制造模 式,这对现场质量控制提出了新的挑战。本文针对这种复杂多变的制造环境中实施统计质量 控制(SPC)过程中所面临的困难展开研究,在分析国内外研究及应用的基础上,探索了 SPC方法、过程调节方法及其应用策略,研究和开发了面向复杂制造环境的嵌入式SPC系 统,并以轴承套圈加工对象为例进行了工程应用。 全文共分为七章: 第一章,阐述了质量控制在现代制造企业中的重要意义,对统计质量控制、过程调节方 法和与SPC集成系统等方面的研究现状和所面临的困难进行了评述,在此基础上引出本论 文的主要研究内容。 第二章,针对多品种、小批量制造过程特点,分析了现有过程质量监控的SPC方法, 特别是基于过程建模的EWMA控制图方法,全面系统地研究了EWMA控制图的效能以及 参数优化等问题;在此基础上,将嵌入式技术和网络技术应用于过程监控,建立了多总线综 合网络平台的过程质量监控体系。 第三章,从成组技术概念出发,以EWMA控制图的ARL为指标来研究制造过程的统 计聚类,构造基于统计聚类的混合样本空间S,混合样本空间S的控制图进行分析:引入边 界约束和MADM方法对S空间的聚类进行判别,形成零件族,对同一零件族采用统一的控 制图控的策略,最后给出应用步骤。 第四章,过程调节是提高制造质量的重要手段,本章围绕过程调节方法与应用策略展开 研究。首先,引入Kalman滤波方法建立了过程质量的调节模型与调节方法;接着研究了评 定过程质量波动的平滑梯度指标函数LC(n),在此基础上提出了相应的应用策略,实现了 与SPC方法的有效集成,经模拟试验与工程应用验证其可行性。 第五章,网络技术的发展,特别是Internet/intranet技术的发展,使得过程质量控制由分 散质量控制转向全面的、集散型的过程质量控制,本章就多总线综合网络的应用、面向网络 环境的嵌入式SPC系统的体系构架、软件组织以及系统实时性、安全性等嵌入式SPC系统 的基本问题与关键技术展开深入的研究。 第六章,在前面研究结果的基础上,针对微型轴承套圈各磨削工序的特点,研究面向微 型轴承制造的嵌入式SPC系统,包括几何尺寸、表面粗糙度、以及圆度等参数的检测与控 制。给出了基于LVDT传感器的SPC单元的优化设计方法以及进一步提高测量系统精度的 在线补偿技术,讨论了嵌入式SPC单元系统软件设计与实现;通过测量系统分析方法(MSA) 对该测量单元的性能进行了评定。结果表明:该系统性能稳定、精度高,并且具有成本低、 网络功能与大容量数据存储的优点,有较好的推广价值。 第七章,总结了全文的研究内容与结论,并展开了未来的研究工作。


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