基于I-PCI法的后勤保障裝備零部件檢驗(yàn)的質(zhì)量控制

楊冰峰，于戰(zhàn)果，匡小平，張　堯

(1.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，天津 300161； 2.軍事交通學(xué)院后勤裝備勤務(wù)保障中心，天津 300161)

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基于I-PCI法的后勤保障裝備零部件檢驗(yàn)的質(zhì)量控制

楊冰峰1，于戰(zhàn)果2，匡小平2，張堯1

(1.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，天津 300161； 2.軍事交通學(xué)院后勤裝備勤務(wù)保障中心，天津 300161)

為提高后勤保障裝備零部件檢驗(yàn)的質(zhì)量，綜合分析了零部件的關(guān)鍵質(zhì)量特性和測(cè)量系統(tǒng)，利用改進(jìn)的過程能力指數(shù)對(duì)零部件的生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行質(zhì)量控制，最后通過實(shí)例驗(yàn)證了本方法的可行性。

零部件檢驗(yàn)；過程能力指數(shù)；質(zhì)量控制

后勤保障裝備零部件檢驗(yàn)的質(zhì)量控制工作主要由兩部分構(gòu)成：零部件生產(chǎn)工藝過程中的關(guān)鍵質(zhì)量特性分析和測(cè)量系統(tǒng)分析。通過綜合分析關(guān)鍵質(zhì)量特性和測(cè)量系統(tǒng)，可以得出行之有效的后勤保障裝備零部件檢驗(yàn)的質(zhì)量控制方法。

1　基于過程能力的關(guān)鍵質(zhì)量特性分析

1.1過程能力指數(shù)(PCI)

過程能力指零部件在生產(chǎn)工藝過程中質(zhì)量特性滿足要求的能力，這種能力表現(xiàn)在質(zhì)量特性值的波動(dòng)程度上[1]。波動(dòng)程度越小，過程能力越強(qiáng)；波動(dòng)程度越大，過程能力則越弱。過程能力指數(shù)表示零部件質(zhì)量特性的過程能力滿足零部件質(zhì)量要求的程度，用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和過程能力的比值來表示。過程能力指數(shù)具有不同的計(jì)算形式(假定質(zhì)量特性值均服從正態(tài)分布)，主要有4種形式。

(1)質(zhì)量特性分布中心μ與公差中心M重合。

(1)

式中：T為公差范圍；σ為總體標(biāo)準(zhǔn)差；S為樣本標(biāo)準(zhǔn)差；TU為質(zhì)量要求的上限值；TL為質(zhì)量要求的下限值。這里的Cp又被稱作潛在過程能力指數(shù)。

(2)質(zhì)量特性分布中心μ與公差中心Μ不重合。

(2)

k=2|M-μ|/(TU-TL) 為μ關(guān)于M的偏移度。Cpk又被稱作實(shí)際過程能力指數(shù)。

(3)只對(duì)質(zhì)量上限有要求，對(duì)質(zhì)量下限無要求。

(3)

(4)只對(duì)質(zhì)量下限有要求，對(duì)質(zhì)量上限無要求。

(4)

1.2關(guān)鍵質(zhì)量特性的過程能力評(píng)定

過程能力評(píng)定是質(zhì)量控制工作的重要環(huán)節(jié)。只有過程能力符合質(zhì)量要求，才能利用科學(xué)的方法判斷質(zhì)量特性是否處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)過程能力沒有達(dá)到質(zhì)量要求時(shí)，必須先查找原因，糾正生產(chǎn)工藝過程中的錯(cuò)誤，提高過程能力并使其達(dá)到質(zhì)量要求。

根據(jù)過程能力指數(shù)的大小，可以將過程能力分為5個(gè)評(píng)定等級(jí)，以便采取合理的措施對(duì)生產(chǎn)過程加以調(diào)整[2]。過程能力評(píng)定等級(jí)及相應(yīng)措施見表1。

表1　過程能力評(píng)定等級(jí)及措施

在應(yīng)用表1評(píng)定關(guān)鍵質(zhì)量特性的過程能力等級(jí)時(shí)，一般采用實(shí)際過程能力指數(shù)Cpk代替潛在過程能力指數(shù)Cp對(duì)關(guān)鍵質(zhì)量特性的過程能力進(jìn)行評(píng)定。

1.3關(guān)鍵質(zhì)量特性的統(tǒng)計(jì)過程控制

統(tǒng)計(jì)過程控制(statistical process control，SPC)是一種利用統(tǒng)計(jì)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)工藝過程中零部件的質(zhì)量特性進(jìn)行監(jiān)控，以確保質(zhì)量特性處于統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)的質(zhì)量控制方法[3]。其最常用的質(zhì)量控制工具為控制圖?？刂茍D是對(duì)生產(chǎn)過程質(zhì)量特性進(jìn)行測(cè)定、評(píng)估，從而監(jiān)督生產(chǎn)過程是否處于受控狀態(tài)的一種圖示方法。

2　測(cè)量系統(tǒng)分析

測(cè)量系統(tǒng)是對(duì)測(cè)量單元進(jìn)行量化時(shí)所使用的儀器、量具、夾具、標(biāo)準(zhǔn)、操作、方法、人員及環(huán)境的集合[4]。在整個(gè)過程中，由于測(cè)量者的水準(zhǔn)不一、操作方法多樣、環(huán)境條件變化等諸多因素，使得測(cè)量出的數(shù)據(jù)存在變差。測(cè)量系統(tǒng)分析就是利用系統(tǒng)中的變差來判斷系統(tǒng)中各要素是否滿足測(cè)量規(guī)定的一種方法。

測(cè)量系統(tǒng)的變差主要分為位置變差和寬度變差，通常用偏倚和線性來反映位置變差，用重復(fù)性和再現(xiàn)性來反映寬度變差[5]。偏倚表示測(cè)量的平均值與基準(zhǔn)值之間的差值；線性指在測(cè)量系統(tǒng)不同的量程范圍內(nèi)的偏倚變化量；重復(fù)性指同一操作者使用同一儀器對(duì)同一零部件的同一質(zhì)量特性進(jìn)行多次測(cè)量所得的變差值；再現(xiàn)性指不同的操作者使用同一儀器對(duì)同一零部件的同一質(zhì)量特性進(jìn)行多次測(cè)量所得的變差值。

2.1偏倚和線性分析

(5)

求得重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差為

(6)

利用求得的偏倚和標(biāo)準(zhǔn)差，可得到T統(tǒng)計(jì)量：

(7)

應(yīng)用T統(tǒng)計(jì)量對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的偏倚進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

(2)線性分析。線性分析就是要保證測(cè)量系統(tǒng)的偏倚要與基準(zhǔn)值具有線性關(guān)系，滿足形如y=ax+b的線性關(guān)系式。

(8)

截距為

(9)

決定系數(shù)R2為

(10)

R2用于判斷模型擬合度的好壞，當(dāng)R2>10%時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)線性不合格；當(dāng)R2<10%時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)線性合格。

2.2基于ANOVA的重復(fù)性和再現(xiàn)性分析

(11)

(12)

分析測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性，實(shí)際上就是計(jì)算出重復(fù)性和再現(xiàn)性的誤差貢獻(xiàn)率R&R%。

(13)

當(dāng)R&R%小于9%時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)滿足要求，測(cè)量系統(tǒng)誤差可以忽略不計(jì)；當(dāng)R&R%大于9%且小于30%時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)滿足要求，但測(cè)量系統(tǒng)誤差不可忽略不計(jì)；當(dāng)R&R%大于30%時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)不滿足要求，需要查明原因，改進(jìn)測(cè)量系統(tǒng)，或更換新的測(cè)量系統(tǒng)。

為了考慮到測(cè)量系統(tǒng)中所存在的交互作用，本文采用方差分析法(ANOVA)對(duì)系統(tǒng)中各因素進(jìn)行顯著性分析。

選取m位測(cè)量者對(duì)n個(gè)零部件進(jìn)行r次隨機(jī)測(cè)量，得出測(cè)量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)模型為

Xijk=μ+Ai+Pj+(A×P)ij+εijk

(14)

根據(jù)測(cè)量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)模型可得出變異總方差見式(12)。

記SS為總的離差平方和；SSp為零部件的離差平方和；SSA為測(cè)量者的離差平方和；SSA×p為測(cè)量者和零部件間交互作用的離差平方和；SSE為重復(fù)性離差平方和?？傻萌缦鹿剑?/p>

SS=SSA+SSp+SSA×p+SSE

(15)

其中

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

測(cè)量系統(tǒng)方差分析表見表2。

由表2可以得到測(cè)量系統(tǒng)中各效應(yīng)方差的估計(jì)值：

(21)

(22)

(23)

(24)

利用上述方差估計(jì)值可求得重復(fù)性和再現(xiàn)性的誤差貢獻(xiàn)率R&R%，將R&R%與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較即可判斷測(cè)量系統(tǒng)的有效性。

表2　測(cè)量系統(tǒng)方差分析

3　基于I-PCI法的零部件檢驗(yàn)驗(yàn)收的質(zhì)量控制

在利用PCI對(duì)生產(chǎn)工藝過程零部件關(guān)鍵質(zhì)量特性進(jìn)行分析時(shí)，僅僅考慮到了質(zhì)量特性的過程能力，即零部件間的質(zhì)量特性誤差，而忽略了測(cè)量系統(tǒng)所產(chǎn)生的誤差，這樣計(jì)算所得的PCI往往比實(shí)際值偏大，使工作人員對(duì)過程能力產(chǎn)生誤判，致使零部件的檢驗(yàn)質(zhì)量受到不良影響。為了避免上述情況，對(duì)零部件關(guān)鍵質(zhì)量特性進(jìn)行質(zhì)量控制時(shí)，要對(duì)質(zhì)量特性的過程能力和測(cè)量系統(tǒng)所造成的誤差進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而判斷產(chǎn)品的PCI是否符合質(zhì)量要求。

3.1改進(jìn)的過程能力指數(shù)(I-PCI)

(25)

(26)

3.2基于I-PCI的零部件檢驗(yàn)的質(zhì)量控制流程

基于I-PCI的零部件檢驗(yàn)驗(yàn)收質(zhì)量控制流程如圖1所示。

圖1　基于I-PCI的零部件檢驗(yàn)驗(yàn)收質(zhì)量控制流程

4　實(shí)例分析

對(duì)XXX型電源拖車焊接過程的關(guān)鍵零部件進(jìn)行檢驗(yàn)，工藝過程中關(guān)鍵零部件及關(guān)鍵質(zhì)量特性見表3。

表3　XXX型電源拖車關(guān)鍵工藝過程零部件檢驗(yàn)參數(shù)規(guī)范　mm

4.1XXX型電源拖車關(guān)鍵零部件測(cè)量系統(tǒng)分析

(1)偏倚和線性分析。選取5個(gè)尺寸不同的樣件，對(duì)樣件的尺寸進(jìn)行10次測(cè)量利用Minitab軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行偏倚分析，可得到分析結(jié)果見表4。

表4　偏倚分析

從表4可以看出，兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的P值均大于顯著性水平0.05，且0值落在95%的置信區(qū)間內(nèi)，所以兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的偏倚都是可以接受的。

利用Minitab軟件對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行線性分析，可得線性分析報(bào)告見圖2。

圖2　測(cè)量系統(tǒng)線性分析報(bào)告

從報(bào)告圖中可以看出，測(cè)量系統(tǒng)的P值小于顯著性水平0.05，說明測(cè)量系統(tǒng)具有線性，而判定系數(shù)R2為9.1%，小于10%，說明測(cè)量系統(tǒng)線性合格。

(2)重復(fù)性和再現(xiàn)性分析。3名測(cè)量者A、B、C分別對(duì)裝配過程中10個(gè)樣本的填角焊縫高(H)進(jìn)行兩次測(cè)量，利用Minitab軟件對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果見表5、表6。

表5　測(cè)量系統(tǒng)方差分析表

表6　測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)性與再現(xiàn)性變差分析表

通過上述分析可知，變異主要來源于樣本之間；測(cè)量者與樣本間無顯著的交互作用；測(cè)量系統(tǒng)的R&R%=28.93%<30%。所以測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性都滿足要求，但在進(jìn)行零部件工藝過程能力分析時(shí)，需要考慮測(cè)量系統(tǒng)誤差。

4.2基于I-PCI的關(guān)鍵零部件檢驗(yàn)的質(zhì)量控制

為了分析關(guān)鍵零部件的工藝過程能力，在生產(chǎn)線上連續(xù)抽取8組樣本，對(duì)其工藝過程的關(guān)鍵質(zhì)量特性進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過檢驗(yàn)均服從正態(tài)分布。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)求得各參數(shù)的過程能力指數(shù)見表7。

表7　過程能力指數(shù)分析表

由上表可知，S、L、W的過程能力處于等級(jí)Ⅲ，說明過程能力尚可，需要對(duì)生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行嚴(yán)格控制，防止出現(xiàn)不合格品，以便進(jìn)一步提升過程能力；H的過程能力處于等級(jí)Ⅱ，說明過程能力充足，對(duì)生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行適當(dāng)控制即可，必要時(shí)可放寬檢驗(yàn)。

利用Minitab軟件來分析工藝過程各關(guān)鍵質(zhì)量特性是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，分析結(jié)果如圖3—6所示。

圖3　板簧架中心孔距X—S控制

圖4　填角焊縫高X—S控制

圖5　油箱長度X—S控制

圖6　油箱寬度X—S控制

通過上述控制圖可知，生產(chǎn)工藝過程中各關(guān)鍵質(zhì)量特性值的波動(dòng)狀態(tài)比較穩(wěn)定，均處于統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)，說明工藝過程滿足零部件的質(zhì)量要求。

5　結(jié)　語

零部件檢驗(yàn)作為后勤保障裝備檢驗(yàn)驗(yàn)收工作的重要組成部分，其質(zhì)量的好壞直接影響到成品裝備的出廠質(zhì)量，對(duì)提升后勤保障能力具有重要意義。本文運(yùn)用I-PCI方法對(duì)后勤保障裝備零部件的檢驗(yàn)工作進(jìn)行質(zhì)量控制，綜合考慮了零部件間的誤差和測(cè)量系統(tǒng)存在的誤差，為裝備質(zhì)量工作提供一種新的思路。

[1]王建東,謝連松,張然.裝備生產(chǎn)過程質(zhì)量控制與監(jiān)督[M].北京:國防工業(yè)出版社,2013:119.

[2]信海紅.抽樣檢驗(yàn)技術(shù)[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015:146.

[3]蔣家東,馮允成.統(tǒng)計(jì)過程控制[M].北京:中國質(zhì)檢出版社,2011:133.

[4]董祺.測(cè)量系統(tǒng)分析方法的研究及應(yīng)用[D].西安:西安電子科技大學(xué),2011:7.

[5]周波.測(cè)量系統(tǒng)分析在質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用[D].保定:華北電力大學(xué),2012:6.

(編輯：孫協(xié)勝)

Quality Control of Logistics Equipment Parts Inspection Based on I-PCI Method

YANG Bingfeng1，YU Zhanguo2，KUANG Xiaoping2，ZHANG Yao1

(1.Postgraduate Training Brigade, Military Transportation University, Tianjin 300161, China； 2.Logistics Equipment Service Support Center, Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

To improve the quality of logistics equipment parts inspection, the paper makes a comprehensive analysis of the key quality and the measurement system of the parts. The quality of the production process is controlled on the base of the Improved-Process-Capability-Index. The case study verifies the feasibility of this method.

parts inspection; Process-Capability-Index; quality control

2016-04-17；

2016-07-14.

楊冰峰(1992—)，男，碩士研究生;

于戰(zhàn)果(1960—)，男，教授，碩士研究生導(dǎo)師.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.09.009

E246

A

1674-2192(2016)09- 0038- 06