計算機輔助質量控制

1、研究技術工作

(1)在對抽樣檢驗的理論和應用技術深入研究的基礎上，實現(xiàn)抽樣檢驗方法及應用向導的程序化；

(2)對多品種小批量生產(chǎn)模式下的質量管理與控制策略及應用技術進行較為系統(tǒng)地研究，并對部分小批量質量控制方法實現(xiàn)了程序化；

(3)在對控制圖的理論及應用技術深入研究的基礎上，對通用控制圖進行了研究，并實現(xiàn)程序化；

(4)深入研究選控圖的理論及其應用技術；

(5)對實驗設計、可靠性分析的理論及其應用技術進行了研究和探討。

2、抽樣檢驗的研究

對抽樣檢驗的研究，創(chuàng)始于20世紀20年代。抽樣檢驗的目的是“通過樣本判斷總體”，而其期望則在于“用盡量少的樣本量來盡可能準確的判斷總體(批)的質量”。統(tǒng)計抽樣檢驗的優(yōu)越性體現(xiàn)在可以盡可能低的檢驗費用(經(jīng)濟性)，有效的保證產(chǎn)品質量水平(科學性)，且對產(chǎn)品質量檢驗或評估結論可靠(可靠性)，而且實施過程又很簡便(可用性)。目前，抽樣檢驗的應用領域已深入到機械、電子等國民經(jīng)濟的各個部門。 本論文在對抽樣檢驗的理論及系列標準的深入研究的基礎上，進一步剖析了常用抽樣檢驗方法的特點以及相關規(guī)律性，基于C Builder的面向對象技術以及Access數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術等，實現(xiàn)了常用的抽樣檢驗標準及應用向導的程序化，建立了計算機輔助抽樣檢驗及應用向導的模塊及系統(tǒng)，并提供系統(tǒng) 的在線幫助功能，不僅填補了國內對此類研究的一項空白，而且方便用戶使用 抽樣檢驗標準，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質量，促進抽樣檢驗的推廣應用。

3、多品種小批量生產(chǎn)模式下質量管理與控制的研究

市場競爭日趨激烈，顧客對產(chǎn)品的需求日益呈現(xiàn)出多樣化和個性化的發(fā) 展趨勢，促進企業(yè)打破傳統(tǒng)的單一品種、大批量生產(chǎn)模式，轉向了多品種、小批量生產(chǎn)。 針對多品種小批量的生產(chǎn)特點：加工零件少，樣本數(shù)據(jù)量少，不足以構 成足夠的數(shù)據(jù)進行質量控制，如繪制控制圖等，在本論文中提出生產(chǎn)加工過程 數(shù)據(jù)繼承的觀點。根據(jù)成組技術的原理，利用加工過程的相似性，將加工零件分類成族，測量得到同一加工族的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。如果本次加工的零件的數(shù)據(jù)量不 足，就采用繼承的方法，從歷史的數(shù)據(jù)中調取一部分數(shù)據(jù)進行補充，使單件小 批量的生產(chǎn)模式可以采用大批大量生產(chǎn)模式下的各種質量控制方法。 在利用成組技術構建數(shù)據(jù)模型的基礎上，對小批量控制圖的理論及其應 用技術進行了研究，并利用面向對象技術對其實現(xiàn)程序化。

4、控制圖的理論及其應用技術研究

在對控制圖的原理及其作用深入研究的基礎上，進一步優(yōu)化控制圖應用技術，實現(xiàn)了通用控制圖的變換處理及其程序化。所謂的通用控制圖， 就是利用統(tǒng)計學的方法，對質量控制數(shù)據(jù)進行標準變換，以此改變控制圖界限 非直線的問題，使控制圖更加簡潔、方便、直觀。 在對控制圖應用特點進行全面系統(tǒng)分析的基礎上，對其應用向導也進行 了研究開發(fā)。車間制造過程是產(chǎn)品質量管理的重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品質量問題的主要來源之一。傳統(tǒng)的車間制造過程質量管理存在質量體系不健全、質量數(shù)據(jù)有效性差、過程統(tǒng)計技術應用不夠、質量監(jiān)督和質量責任追究不力以及質量決策滯后等問題。這些問題給企業(yè)造成了嚴重的質量損失，因此，企業(yè)質量管理部門迫切地希望采用一種新的質量管理方法來輔助車間質量管理，提高車間制造過程的質量管理水平 。

1、 數(shù)據(jù)采集技術

制造過程質量數(shù)據(jù)主要來自兩個方面：對零件和產(chǎn)品的檢測和對制造過程的監(jiān)控。開展質量管理，就是要用數(shù)據(jù)來提出和解決產(chǎn)品質量的問題，用數(shù)據(jù)來反映或描述產(chǎn)品質量的變化規(guī)律，因此及時準確地獲取質量數(shù)據(jù)是質量管理取得成功的關鍵?；贛ES的車間制造過程動態(tài)質量管理系統(tǒng)充分考慮了先進的數(shù)據(jù)采集技術和工廠的實際情況，采用具有高度適應性和可擴充性數(shù)據(jù)采集方式，包括自動采集、手工錄入和數(shù)據(jù)轉換與共享。

（1） 自動采集

系統(tǒng)設有各種接口與不同的數(shù)據(jù)采集裝置（如計量器、測量器、條碼讀卡機、無線射頻掃描儀與各類儀器儀表等）相連接，完成各種質量數(shù)據(jù)（包括外購原材料及零/部件檢測數(shù)據(jù)、零件加工過程中在線檢測和序后檢測數(shù)據(jù)、過程狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、零件最終檢測數(shù)據(jù)、裝配過程檢測數(shù)據(jù)和成品試驗數(shù)據(jù)等）的自動采集及處理，還可以將分析結果自動反饋到生產(chǎn)設備的控制裝置，實現(xiàn)閉環(huán)的質量控制。

（2）手工錄入

考慮到設備、現(xiàn)場條件和成本等因素，并不是所有的產(chǎn)品質檢數(shù)據(jù)和生產(chǎn)線運行狀態(tài)數(shù)據(jù)都能夠做到自動采集和實時監(jiān)控，這就需要利用各種手動計量儀或“目測”的方式來進行檢測。系統(tǒng)設定相關質量信息錄入功能，檢測人員“目測”計量儀的讀數(shù)，然后通過電腦或信息交互終端進行數(shù)據(jù)的錄入、處理、傳輸和存儲。

（3）數(shù)據(jù)轉換與共享

系統(tǒng)之間高度數(shù)據(jù)共享，可以方便地將產(chǎn)品的CAD、CAPP等各類信息轉換至本系統(tǒng)，或通過共享數(shù)據(jù)的方式實現(xiàn)對產(chǎn)品質量的全面管理和監(jiān)控。全面高效的數(shù)據(jù)轉換與共享能力，可實時地將產(chǎn)品數(shù)據(jù)存入指定的數(shù)據(jù)庫，或從數(shù)據(jù)庫直接讀取所需信息，數(shù)據(jù)存取時間周期由用戶根據(jù)實施需要自行設置。

1）質量參數(shù)獲?。涸谲囬g制造過程中，要系統(tǒng)地識別、分析產(chǎn)品或零/部件工藝流程，找出影響產(chǎn)品質量的因素，并根據(jù)各工序對最終產(chǎn)品質量影響程度的大小及相互關系，繪制關鍵工序流程圖；根據(jù)該圖確定質量控制點及關鍵參數(shù)，繪制工序質量管理網(wǎng)絡圖，對影響產(chǎn)品質量的關鍵工序實施監(jiān)控。在確定了關鍵工序及其參數(shù)后，就要對這些參數(shù)進行及時準確地采集和處理，為后續(xù)計算、控制和分析診斷做準備。

2）繪制控制圖：根據(jù)控制圖使用的目的不同，可分為分析用和控制用兩個階段，因此要分別繪制分析用和控制用控制圖。一道工序的初期或進行系統(tǒng)改進后，總存在不穩(wěn)定因素，因此，先要繪制分析用控制圖來判斷過程是否受控。在分析用控制圖階段，點出萬方數(shù)據(jù)界說明過程有異因存在，應積極采取措施分析原因，調整過程，直到剔除所有異因，過程受控。如果過程能力充足，就用穩(wěn)態(tài)下控制圖的控制線控制生產(chǎn)過程；如果過程能力不充足，則要采取措施分析原因，調整過程，然后重新進行過程判斷和過程能力評價。

在生產(chǎn)過程中，人們常常對實際加工出來的一批工件進行檢查測量，運用數(shù)理統(tǒng)計方法加以處理和分析，從中找出規(guī)律，找出解決加工精度問題的途徑，并控制工藝過程的正常進行。人工檢驗和統(tǒng)計分析是質量控制的傳統(tǒng)方法，這是一項精細、單調而且費時的工作。在統(tǒng)計采樣處理中會有少量不合格品漏檢而進入合格品中。實際上，在生產(chǎn)和檢測過程中統(tǒng)計采樣處理經(jīng)常讓平均不合格率保持在某一百分比以下，這就是說允許工件合格率百分比略低于100%。

傳統(tǒng)質量檢驗的另一個問題是事后檢驗，即零件質量是在加工完后確定的。如果零件不合格，就需要返工或報廢，而返工費用往往比正常加工費用大。

日益激烈的市場競爭和日趨復雜的產(chǎn)品質量需求清楚地表明,必須將信息技術、計算機技術引入到企業(yè)質量管理與控制當中,才能真正有效地實現(xiàn)企業(yè)現(xiàn)代化質量管理與質量保證.近年來,以計算機技術應用為基礎,以先進的質量控制技術、信息處理手段和現(xiàn)代質量管理方法緊密結合為特點的計算機輔助質量控制（Computer Aided Quality Control） 和計算機輔助質量控制系統(tǒng)(CAQ,Computer Aided Quality System)已經(jīng)成為企業(yè)中的有機組成部分,構成了現(xiàn)代質量管理的新特點.在企業(yè)保證產(chǎn)品質量,提高企業(yè)素質,贏得市場競爭等方面正發(fā)揮著越來越重要的作用 。

計算機輔助質量管理顧名思義,是應用現(xiàn)代計算機技術為依據(jù)設計和運作的一整套質量管理技術體系。它是現(xiàn)代質量管理和計算機技術相結合的產(chǎn)物。隨著電腦技術和能力的迅猛發(fā)展,特別是散電腦/機的問世和普及它的應用延伸到了幾乎所有的領域。例如在制造領域,計算機輔助設計,計算機輔助制造和計算機輔助測試等項技術早巳陸續(xù)得到廣泛應用。在管理領域,由于各項管理因素及其影響的復雜性不定性甚至不可知性,在相當長一段時間內計算機的應用停滯不前。

現(xiàn)代模糊技術的突破不但消除了這種障礙,還充分顯示計算機在解決管理性問題上的巨大優(yōu)勢,產(chǎn)生了計算機輔助信息分析,計算機輔助決策,計算機模擬方案評價等管理技術，并得到日益廣泛的應用。在質量管理領域，人們把控制圖,相關圖和試驗設計等各種質量管理工具與計算機的應用結合起來,大大提高了應用效率。不過那時由于質量管理技術本身的系統(tǒng)性還不是銀強以及計算機硬件普及性的限制等,與其它領域比,計算機在質量管理上的應用顯得有點"零打碎敲",還有快形成系統(tǒng)的技術。8年代中后期質量體系概念的最終形成,特別是ISO9000質量體系國際標準的制訂頒布,為計算機在質量管理方面的系統(tǒng)應用即提供了框架。

產(chǎn)品質量是其質量特征滿足顧客需求的程度,質量控制就是采取一定的方法使產(chǎn)品的質量特征在規(guī)定的標準范圍內。對于機械加工系統(tǒng)而言,常用的質量控制方法包括過程改進,在線質量控制和序后質量控制三種。下面對這三種方法作一個介紹和比較。

過程改進是一種消除產(chǎn)生質量缺陷的可能性的質量控制方法。它是通過消除引起過程變化的原因，使過程始終穩(wěn)定，來保證產(chǎn)品質量特征在規(guī)定的范圍內，達到質量控制的目的。過程改進是控制產(chǎn)品質量的積極方法，也是控制產(chǎn)品質量的最直接的途徑。因為它消除了產(chǎn)生過程變化的根源。一般對于經(jīng)過改進的過程，不必再進行在線質量控制或序后質量控制。

上述的過程改進是進行質量控制的最佳途徑，但并不是所有的過程變化都可以通過過程改進被消除。對于不能消除的過程變化而言，為了達到優(yōu)良的質量特征，往往需要采用在線質量控制技術對過程變化并行控制。所謂在線質量控制就是在生產(chǎn)過程中控制產(chǎn)品質量，即在線地監(jiān)測過程參數(shù)和檢測質量特征，在線地調整過程參數(shù)，使產(chǎn)品的質量特征在一定的范圍之內。對于經(jīng)過在線質量控制的過程一般不再需要序后質量控制。

所謂序后質量控制就是序后檢驗和測試，它是在工序完成后對零件進行檢測，剔除不合格品來保證產(chǎn)品質量的控制方法。

在線質量控制方法中，最關鍵的是在線質量數(shù)據(jù)的采集和過程參數(shù)的在線調整。在線質量數(shù)據(jù)采集完成過程信息和產(chǎn)品信息的收集，經(jīng)過信號的預處理和數(shù)據(jù)接口送入控制計算機。計算機根據(jù)質量特征和過程參數(shù)的關系，做出對過程參數(shù)進行調整的決策，然后控制器通過執(zhí)行元件完成過程參數(shù)調整，實現(xiàn)在線質量控制。在線質量控制系統(tǒng)的框圖6-6所示。

在線質量數(shù)據(jù)采集方法包括過程參數(shù)的監(jiān)測和在線產(chǎn)品質量檢驗。過程參數(shù)監(jiān)測是通過測量與產(chǎn)品質量特征有關的參數(shù)來實現(xiàn)的，在線產(chǎn)品質量檢驗是在加工過程中或加工工步間隔直接測量產(chǎn)品的質量特征來實現(xiàn)的。常見的過程測量參數(shù)包括切削力，溫度，主軸電機電流變化，振動噪聲信號等。對于在線質量控制一般應建立過程參數(shù)和最終產(chǎn)品質量特征之間的相互關系，通過參數(shù)的調整，來保證最終的產(chǎn)品質量。

CNC機床的在線循環(huán)測量大部分的CNC機床都安裝有閉環(huán)的位置反饋控制系統(tǒng)，即由安裝在導軌或移動部件的位置傳感器測量實際的移動位置，然后反饋到機床的控制器。如果存在偏差，控制器將自動調節(jié)驅動電機的脈沖信號，消除位置誤差。初看起來，這似乎是一種自動過程控制。在每次程序運行中，都能保證零件的正確尺寸。切削刀具的位置，尺寸，形狀也是引起加工質量的主要因素。因此有關刀具狀況的信息也應該及時進入機床控制器，并進行及時的刀具補償，如果做不到這一點，那么由于刀具磨損，破損，切削力引起的變形等因素產(chǎn)生的影響將導致零件的尺寸誤差。

為了保證生產(chǎn)合格的零件，人們采用了不同的在線質量檢測與控制方法。例如:切削過程的振動和噪聲信號可以用來判定刀具的磨損狀況和破損的產(chǎn)生;主軸電流的變化也可以用作決定刀具狀況的過程參數(shù);也許最有用的是直接測量工件或刀具的尺寸的在線循環(huán)測量技術，它是在線質量控制的一個典型實例。

在線循環(huán)測量是利用安裝在CNC機應酬上的三維測頭來進行在線質量數(shù)據(jù)測量和質量控制的。三維測頭是一種表面接觸測量裝置，控制器根據(jù)機床的三個方向的位置移動坐標，得到被測工件的測量結果。圖6-7是安裝在CNC機床上的三維測頭，三維測頭就像數(shù)控機床的刀具一樣，平時放在機床的刀庫中，需要檢測時，由機械手取出，安裝在主軸孔中，進行檢測。

在線循環(huán)質量控制的原理是在每次關鍵的切削之前，首先測量工件的位置，然后把測量結果送入控制器，控制器根據(jù)比較，通過宏指令修改機床存儲器中的補償表，達到在線補償?shù)哪康?。在線循環(huán)測量利用CNC機床的坐標控制功能，把零件的加工和檢測集成在一起，可以實現(xiàn)在加工間隔進行在線測量，并可根據(jù)測量結果，進行加工補償，實現(xiàn)在線質量控制。

三維測頭除了可以進行在線質量補償控制外，還可以在序前決定工作在機床上的精確定位和工件的位姿，測量毛坯的余量，決定加工過程的進給量。

在線循環(huán)測量的缺點是加工和檢測應用相同的坐標系統(tǒng)，對于由于機床定位誤差產(chǎn)生的加工誤差難以檢測。此外，在加工過程中增加檢測工步，因而增加了加工循環(huán)的時間。

CNC機床的熱變形在線補償控制對于CNC機床而言，熱變形是引起機床加工誤差的最主要因素之一。據(jù)統(tǒng)計，由于熱變形引起的加工誤差占機床總誤差的40%~70%。消除減小熱變形誤差 的方法包括改進機床結構，增加復雜熱源控制裝置，選用熱穩(wěn)定性高的材料和采用先進電機和軸承等等。這些方法一般需要對機床進行大的改進，投資很大。另一種方法是軟件創(chuàng)成精度方法，即在機床的硬件結構不變的情況下，通過檢測機床的熱狀況，并通過軟件的方式對由于熱變形引起的機床加工誤差進行補償。

補償機床的熱變形誤差目前前沒有完全被工業(yè)界所接收，這是因為目前的CNC機床的控制器一般不具備復雜的實時誤差補償能力，另一方面要進行機床熱誤差的在線測量和建立機床的熱誤差模型都是十分復雜困難的問題。

近年來，人們通過增加外部微機來在線測量機床的熱狀態(tài)，并通過軟件創(chuàng)成精度的方法實現(xiàn)了機床熱變形誤差的補償控制。

在線熱變補償控制原理是首先測量機床的熱狀況，把測量結果送入計算機，根據(jù)熱誤差模型計算熱變形補償量，然后把補償信號送入機床的控制器，通過執(zhí)行文件完成熱變形誤差補償控制。熱變形補償控制的實施主要有兩種方法，一是通過模擬量直接修改機床伺服系統(tǒng)回路的模擬電壓信號，另一種方法是通過CNC的數(shù)字串行口修改機床的數(shù)控程序。 它是通過分布在機床上的熱電偶在線實時測量機床的熱狀況，并建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡的熱誤差模型來進行熱誤差補償控制的。實驗證明，該熱變形在線補償系統(tǒng)取得了較好的補償效果。2100433B

內容簡介

《計算機輔助建筑繪圖》為中國建筑工業(yè)出版社出版發(fā)行。2100433B