基於t-k控制圖的多品種生產模式統計過程控制方法
2023-10-04 01:04:54 1
專利名稱：基於t-k控制圖的多品種生產模式統計過程控制方法
技術領域：
本發明屬於工業生產及製造業技術領域，涉及一種統計過程控制方法，具體地說，涉及一種基於T-K控制圖的多品種生產模式統計過程控制方法。
背景技術：
統計過程控制(Statistical Process Control, SPC)技術是評價生產過程統計受控狀態、進而保證產品質量的主要手段。許多學者提出了眾多不同類型的控制圖技術，這些傳統控制圖技術在批量工業生產中得到廣泛應用，對改進生產效益、提高產品質量方面產生了明顯效果。但是使用傳統控制圖要求生產過程滿足一定的條件。首先，為了計算控制限，要求過程的均值和標準偏差已知，或可以由採集的數據計算得到。但是基於採集的數據計算控制限時，為了保證可信度，至少需要20到25批樣本數據，每批5個樣本點，即至少·需要100到125個抽樣數據。此外，應用傳統控制圖的前提是要求生產過程中採集的各批·次樣本數據相互獨立且服從同一個正態分布，即通常所說的獨立正態同分布(Independentand IdenticallyNormally Distributed, 11 ND)條件。然而，在實際生產中，有些生產過程存在明顯的多品種、小批量的特點，同一道工序可能要加工幾種甚至幾十種工藝規範不同的產品，這使得傳統控制圖技術很難用於這類生產過程的質量控制。首先這種多品種、小批量的生產過程通常不能預先知道過程參數的均值和標準偏差，而且由於產品種類繁多，單一品種的產品批量較小，很難滿足建立控制圖的數據量要求。如採用較少數據構建控制圖，將使得控制圖的監控能力降低。此外，不同類型的產品往往由於生產原材料、生產條件或加工要求不同，導致工藝參數母體不服從同一分布，這顯然違背了 IIND條件。這些問題均對多品種小批量生產過程中施行SPC提出了挑戰。為解決小批量生產模式中數據量過少的問題，一些學者提出了自啟動(self-starting)控制圖技術。Self-starting控制圖的優勢在於對樣本數據量要求不高，無需經歷分析用控制圖即可建立控制圖，且隨著監控過程的持續不斷更新母體分布參數。現有技術中提出了一系列基於Q統計量的self-starrting控制圖，被稱為休哈特Q控制圖，用於檢測過程工藝參數均值和標準偏差的波動。詳細討論了 Q控制圖的平均運行長度(Average Run Length, ARL)特性並對Q控制圖進行了優化。提出了具有self-starting特點的CUSUM控制圖和MEWMA控制圖。最近，Zhang等人提出了休哈特t控制圖，與傳統休哈特均值控制圖相比，t控制圖無需經歷分析用控制圖階段並且有更穩定的監控能力。對t控制圖控制限的選取做出了修正並提出用於小批量生產模式的t控制圖，該技術具備休哈特t控制圖的優點並更適合於小批量生產過程的質量監控。儘管上述技術很好地解決了小批量生產過程帶來的樣本量過少的問題，但是尚不能解決多品種問題。對於多品種問題，常規解決方式是先對原始數據轉換，使結果數據服從同一個正態分布，再對結果數據施行過程控制，如與目標值偏差控制圖(Deviations fromNominal,DN0M)及標準化DNOM控制圖(Standardized DN0M)。然而，利用這些控制圖，需要對不同類型產品工藝參數標準偏差進行估計，為此需要對每個品種的產品均要採集足夠多的數據，否則標準偏差估計值誤差較大，將導致控制圖性能下降，表現為誤判率提升或對異常原因不敏感。對於多品種小批量情況，通常很難滿足這種數據採集量的要求。
發明內容
為了解決上述技術問題，克服現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種基於T-K控制圖的多品種生產模式統計過程控制方法，該方法提出了多品種生產模式下的T-K控制圖，用於檢測工藝參數母體均值及標準偏差的波動。其基本思想是採用一種對樣本量要求不高的方法，基於採集的每批樣本數據，計算T、K統計量，使得T、K統計量各自相互獨立且服從相同分布。根據實際情況，提出了兩種計算統計量的方法。一種用於工藝參數均值已知，另一種用於均值未知的情況。其技術方案如下一種基於T-K控制圖的多品種生產模式統計過程控制方法，包括以下步驟 I)建立用於監測工藝參數均值的T控制圖假設一生產過程計劃按照P種不同的規範要求加工產品，即生產P種產品。設X為關鍵工藝參數，對每批產品隨機抽取η個觀測樣本，{X(r)i, j，1，. . .，X(r)i, j，n}為第i組樣本，i = 1,2, . . . ；j表示該批次樣本對應的產品類型序號，j = 1,2, ... P ；n為樣本容量，上標r表示該批樣本在同一類型產品內的序號。如無特殊說明，文中所涉及的具有下標的符號，第一下標表不樣本批次順序編號，第二下標代表該樣本對應的品種序號，第三下標表明該數據在所屬批次內的序號；括號內的上標表示該組樣本在相應類型產品樣本中的序號。在統計受控狀態下，同一批次內及批次之間的工藝參數數據相互獨立，同一品種的樣本數據服從同一個正態分布，而不同品種的樣本數據服從不同的正態分布，即=X^k Ν(μρσρ, = 1,2,..., j = l,2,...P,k= 1,2,...η,其中μ」和σ」為受控狀態下第j種產
品工藝參數母體所服從分布的均值和標準偏差。第i組樣本的樣本均值及樣本標準偏差Sy分別為
權利要求
1.一種基於T-K控制圖的多品種生產模式統計過程控制方法，其特徵在於，包括以下步驟 1)建立用於監測工藝參數均值的T控制圖 1.1) T統計量的定義 在構建T統計量時，根據各類型產品工藝參數母體均值是否已知，有兩種方式建立統計量: 情況一工藝參數母體均值已知 對於每一批樣本，1 = 1,2,...,統計量Ti, j的表達式如下
2.根據權利要求I所述的基於T-K控制圖的多品種生產模式統計過程控制方法，其特徵在於，步驟I)中所述T控制圖的顯著性水平、控制限的選取均與休哈特控制圖一致，且T統計量相互獨立。
3.根據權利要求I所述的基於T-K控制圖的多品種生產模式統計過程控制方法，其特徵在於，步驟I)中在工藝過程的監控中，除檢測是否有超出控制限的點外，任何在控制圖中表現出非隨機現象的點亦視為失控點，在這些失控判據中還需藉助控制圖的土 σ (概率值O. 3173)和±2 σ (概率值O. 0455)的位置。
4.根據權利要求I所述的基於T-K控制圖的多品種生產模式統計過程控制方法，其特徵在於，步驟I)中T控制圖根據t分布的分位數確定控制限，其控制限與每批數據的樣本容量相關。
全文摘要
本發明公開了一種基於T-K控制圖的多品種生產模式統計過程控制方法，包括以下步驟1)建立用於監測工藝參數均值的T控制圖；2)建立用於監測工藝參數標準偏差的K控制圖；3)在多品種生產模式下，採用T-K控制圖對設備運行狀態進行監控，只要每種類型產品樣本數據達到2批以上，如果分布參數已知，1批數據即可，並保證每批產品的樣本容量相同且大於1，根據工藝參數母體分布的均值或標準偏差是否已知，確定控制限，並建立T-K控制圖。通過實例分析及仿真驗證，證實該過程控制方法能夠及時、有效地檢測出多品種生產模式下導致生產過程失控的異常因素，提示操作人員適時做出響應，使生產過程維持在統計受控狀態以保證產品質量。
文檔編號G05B13/04GK102929148SQ20121043312
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者顧鎧, 賈新章, 遊海龍 申請人:西安電子科技大學