（管理科学与工程专业论文）过程监测与调整的理论和方法研究.pdf

西北工业大学博士学位论文 摘要 统计过程控制( s p c ) 和工程过程控制( e p c ) 作为两种减少波动的过程控制 方法，分别在零件工业和过程工业得到了成功的应用。其中s p c 主要利用控制图 来探测和消除特殊原因的波动，e p c 基于反馈控制原理，通过调整过程可控变量， 来补偿过程输出与过程目标值的误差。近年来，整合s p c 与e p c 对过程进行监测 与调整，成为质量控制领域研究的重点内容之一。传统上，在零件工业，普遍使 用s p c 监测过程，而对如何应用过程调整来改进质量缺乏系统的研究。并且，当 过程输出数据自相关时，会使传统的控制图变得毫无效果，而整合e p c 与s p c 为 解决自相关过程监测问题提供了一种新的途径。 本文针对小批量短期生产经常出现的由机器设置导致的过程初始误差问题， 引入g m b b s 调和规则进行调整，对普遍存在的过程自相关问题，利用整合m m s e 调整和控制图监测过程。对解决这两种问题的过程调整方法的性能进行了分析和 比较，系统研究了m m s e 调整对过程均值偏移或漂移的影响和控制图的性能。本 文研究的主要( 创新) 内容包括： 1 评价和比较了来自于e p c 与s p c 领域的过程调整方法，其中包括可以消除 数据自相关的m m s e 调整、e w m a 调整和减少过程设置误差的g m b b s 调和规则。 本文首先对戴明的漏斗试验进行了理论分析和仿真验证，以说明在现代制造环境 下对过程调整的需要。对于a r ( 2 ) 和i m a ( 1 ，1 ) 过程，研究了受控过程的m m s e 和e w m a 的调整效应，对于a r ( 2 ) 过程，研究了相关程度、五的大小与波动减 少的关系，说明虽然优化a 的取值可以得到最小的m s e ，但e w m a 调整效应依赖 于过程数据的自相关。本文模拟数据验证了g r i l b b s 调和规则的调整优势，基于 k a l m 舭滤波估计，分析了e w m a 调整与g m b b s 调和规则对于设置误差调整的同 一性，定义一个相对性能比率比较了e w m a 调整和g 娜b b s 调和规则的调整性能， 在过程初始误差较大时，与e w m a 调整相比，g m b b s 调整优于e w m a 调整，在 初始误差较小时，相对来说二者的差别不是很大。基于状态空间模型从调整方法 的背景、模型和方式三个方面比较了m m s e 调整与g r u b b s 调整的异同。 2 对a r ( 2 ) 过程，系统研究了控制图监测m m s e 调整输出和输入的性能。 由于m m s e 调整可以消除过程数据的自相关，因此，整合m m s e 和控制图监测自 相关过程的均值变化是质量改进的一种有效方法。本文首先讨论了直接应用控制 图监测a r ( 2 ) 过程无效的原因，仿真模拟控制图的a i 也结果显示，自相关对 e w m a 图和c u s u m 图的监测效果的影响大于休哈特图。系统研究了m m s e 调整 的过程均值的偏移模式，利用信噪比、报警概率和a r l ，分析了控制图的运行长度 和过程均值偏移模式以及过程自相关的关系。利用仿真模拟给出了休哈特图、 e w m a 图和c u s u m 图的a r l 模拟结果，结果显示，对正相关程度较高的a r ( 2 ) 过程，控制图的性能在小、中量的均值偏移下变得很差。由此，本文提出联合监 测输出和输入，通过对暂时和稳定的信噪比以及仿真模拟的a i u 分析比较发现， 监测调整输入和调整输出具有互补的作用。 3 对i m a ( 1 。1 ) 过程，系统研究了控制图监测m m s e 调整输出的性能。本 文首先以信噪比、觚也和报警概率分析了休哈特控制图监测过程均值漂移和偏移 的性能。对于均值漂移模式，构建了c u s c o r e 控制图，并给出了该图与常用的 三种控制图a i 也的仿真模拟结果，结果显示，对过程的均值漂移，c u s c o r e 控 制图是一种更好的选择。 本文扩展了s p c 的研究范围，其研究结论为学术界的研究、企业界的实践提 供了新的思路和参考依据，特别是对我国制造企业的质量改进具有重要的实践指 导价值。 关键词：质量改进；过程监测与调整；m m s e 调整；g n l b b s 调和规则：控制图 n 西北工业大学博士学位论文 a b s t r a c t s t a t i s 矗c a lp r o c e s sc n d ( s p c ) 强de n g i l l e c n gp m c 船sc o n 臼0 1 ( e p c ) ，嬲抑。 虹n d so fp r o c e s sc o n 昀lm e m o d st ov a a b i l 埘r e d u c t i o n ，l l a v eb e e ns u c c e s s f i l l l y 印p l i e di nm 删f k t t i r i n gi n d l 吲巧a i l dp r o c e s ss 印a r a t e l y s p cm i l i z e st 1 1 ec o n 仃o lc h a r t t 0d 咖t 锄de l i m i n a l ep m c e s sv a r i a t i o n sc a u s e db ys o m es p e c i a lc a u s e s ；e p cc 锄 a 由u s tm ev a r i a b l e st oc o r i l p e l l s a t et l l ee r r 0 爆b e t w c e np r o c e s st a r g e tv a l u ea n do u l p u t v a l u eb a s e do nf e e d b a c kc o n n d lp r i l l c i p l e i k c e m l y ，t i 圮i m e 掣a t i o no fs p c 、】l ，i me p c t om o i l i t o r 锄da d j u s tt l l ep f o c e s sh a sb e c o m eo n eo fi m p o r t a mc o m e n ti i it h eq u a l i t y c o n 仰lf i e l d i n 也e 仃a d m o l l ，s p ct e c h n i q u c sh a v eb e p o p u l a r l ya p p l i e di i lm e m n u t i l r i n gi n ( i u s 蚵t 0m o i l i t o rt l l ep r o c e s s ，b u tl i n l es y s t e i l l i cr e s e a r c hi sf o l l n di i l h o wt oi m p r o v et l l eq u a l i t yt l l r o u g h 也ep r o c e s sa d j 咖n t a n df b r t h 锄。佗，位 们d i t i o n a lm o i l i t o r i n gc o n t r o lc k 哦w i l lb e c o m em 啪i n 西e s st oa m o c o r r e l a t e dp m c e s s o u t p u td a 诅t h e r e f o l h e 岫g r a t i o no f e p cw i 也s p cl l a sm cp o t c n t i a lt op r o v i d ea n e ww a yt os o l v et l l e 口r o b l 锄si i la u t o c o r r e l a t e d 似d c e s s t bs o l v et l l e p f o c e s si m t i a l e f r o rp r o b l e m sc a 璐e db ym l l i n e s e to c c 删n g f k q u e n t l yi i lm o s m a i l - b a t c ho fs h o m n mp r o d u c t i o n ，w ea t t e m p t e dt oi n 打o d u c e g r u b b sh 姗o i l i cr u l et 0a d j u s tt h e m ；f o rt l l o s ep l a i e n tp f o c e s sa u t o - c o r l 砌 q u e s t i o 粥，i n t e 盯a t i o no fm m s ea d i u s t m e n tw i mc o m r o ld l a r t 、 a s 仃i e dt om o n i t o rt h e p r o c e s s as e r i e so fp r o c e s sa 西l l s n i l e n tm e t l l o d sw e 陀e v a d u a 矧锄dc o m p 删：t h e e 彘c to fm m s ea d j u s t n l e n to nt h es h i f to rd r i f to fp r o c e s sm e 觚眦dp e r f b m l 锄c co f c o n t r o lc 眦w e r cb o t l li n v e s t i 掣地e ds y s t e n l i c a l l y t h em a i nc o n t e n t 舭di 皿o v a t i o i i a l p o i n t si n “st l l e s i sa r ea sf o l l o 、 r i n g ： 1 e v “u 舢ea n da 芏l a i y z et h ep r o c e s sa d i u s t m e n tf n e t t 】d d s 州西n a t e d 舶mt i l ef l e i d s o fe p ca i l ds p c ，i n c l u d i n g 让峙m m s ea d j u s 仃n e n ta n de w m a 砒i u s n i l e n tw t l i c hc m e l i m i n a t ea u t o c o n e l a t i o no fd a 饥锄dg f d b b sh a 蛐o i i i cr u l e sw t l i c hc 锄d e c r e a 8 et l l e p m c e s ss c t f f i r 瓯w e 蜘a l y z ea n ds i n l u l a t ed e m i n g sf h 姐e l 嬲t oi l l 岫i 瑚舱m e n e e di - o rp r o c e s sa d j u s n i l e n tu n d e rt l l ec i r c u m s t a n c co f m o d e mm 锄u 矗i c 砌n gi n d u s 灯y a sf 0 rt i 坨a r q ) 姐di m a ( 1 ，1 ) p r o c e s s ，w es t i l d ym ep e r f o r n l 锄c co fm m s e 觚d e w m aa 国l l s t i i l e 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e l a l i v e l ys m a l l e r ，n oo b v i o u sd i 丘a 舶c ew a s o b s e r v e db e t w e e nm e m t h ed i 丑c 托n c e sa n ds i i i l i l a r i t i e sb e t w e e nm m s ea d ；u s 恤e m 柚dg m b b sm l e sa c o m p a r e df b mt h em o d e l ，m a 加e r ，觚db a c k g r o m do fa d j u s n i l e n t m e t l l o d sb a s e do n 蹦a t es d a c en l o d e l 2 a sf o rm ea r ( 2 ) p m c 船s ，w eg n l d yt l l ep c r f o 咖吼c eo fc o n t r o ld i a n sw i t l l m m s e a d j u s t m e n to no u t p ma n di n p u t f o ra u t o c o r r e l a t e dp r o c e s s ，廿l ei i l t e g r a d o no f m m s ea i l dc o n 仕o lc h a nt om 砌t o rt h ec h a n g e so fp r o c e s sm e 趾i s 锄e 任b c t i v em e 也o d f o rq l l a l i t yi m p r o v 锄e n t w bd i s c 啷s e dt l l er e 铺o nf o rd i r e c tf 葡l u o fc t f o lc i l a 哦t o m o l l i t o ra r ( 2 ) 邮c e s s a i l d 也ea r lr e s u l t ss i m l l l a t i i l gt h ec o m r o lc h a r th 够s h o w nt h e a u t o - c o r r e l a t e dp r o c e s sh 船虮e l d e dm o r 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l i e s l l l t s p r o v i d e dan e wi d e aa i l dr c f e r c n c ee v i d e n c ef o rt 1 1 ea c a d e m yr e s e a r c ha n dp r o d i l c t i o n p r a c t i c c w eh o p e dt l l e s ec o n c l l l s i o c o u l db ev a l 眦l b l ef o rt h eq u a l i 够i m p r o v e m e n to f o l l rm a n u t i l l i i l gi n d m 缸y k e y w o r d s ：q u a l i t yi i n p r o v c m 饥t ，p m c c s sm o n i t o r i n g a n da 蛳i s n n e 蝇m m s e a d j u s t m e n t ，g r u b b sh a m n i cm l e s ，o 蜘lc h a r t i v 西北工业大学 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识 间论文工作的知识产权单位属于西北 i l j 或机构送交论文的复印件和电子版 将本学位论文的全部或部分内容编入 印或扫描等复制手段保存和汇编本学 论文研究课题再撰写的文章一律注明 保密论文待解密后适用本声明。 文， 经注 学位论文作者签名：监 神；年f ，月f2 ，日 产权的规定印：研究 工业大学。学校有权保 。本人允许论文被商l 霹 有关数据库进行检索 位论文。同时本人保证 作者单位为n 北 指导教师签名 生龟殴攻 留并向国 和借阅。 可以采心 家育蓑导 学陵i 以 影z 、冬 毕业后练台专：皆 卵6 年fh ，汕 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的学位论 是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文卒已 明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他 开发表或 的成果。 明。 撰写过的研究成果，不包含本人或他人己中请学位 对本文的研究做出量要贡献的个人和集体，均已在 个人或集体已经公 或其它h j 途住摧过 文中以明确方式标 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名 矿帅6 年( ( 月f 2 ，目 西北工业大学博士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 伴随着全球经济一体化的发展和科学技术的进步，国际市场的竞争日趋激烈， 与时间和成本一样，质量已经成为企业生存与发展的关键因素。好的质量是低成 本、高效率和高收益的保证，也是赢得顾客满意，企业获得可持续发展的基石。 为了获得高质量的产品，过程控制技术是制造企业面对众多竞争者能够获胜的 关键因素之一。 传统上，在零件工业，“过程控制”意味着统计过程控制( s 诅t i s t i c a lp r o c 鹤s c o r 心o l 。s p c ) 或过程监测技术，主要是利用控制图技术，探测过程的特殊原因并 消除，使围绕固定目标值的过程输出有最小的波动。s p c 在具有大批量生产和独 立过程特点的零件制造工业得到了成功的应用。然而，现代零件制造环境的新特 点违背了s p c 技术使用的假定。首先，为了获得顾客满意，制造过程中的顾客化 小批量生产或短期制造已经相当普遍，这意味着要频繁的设置机器或过程，由于 要不断地改变系统的操作条件，在每次设置的初始阶段，过程并不处于受控状态， 会有过程输出误差产生，这就需要引入合适的在线调整方法，才能减少过程输出 误差。其次，由于科技的进步，制造过程不断采用新的制造方法和传感器测量技 术，使得过程质量特性输出数据的自相关性普遍存在，这违背了传统上零件制造 过程使用s p c 时假设过程独立的条件，使得控制图变得毫无效果。 在过程工业，“过程控制”就意味着过程调整技术，也称为工程过程控制 ( e n g i n e 嘶n gp m c e s sc o r l 廿o l ，e p c ) ，主要是利用反馈控制，连续的调整可控制的 输入变量，来补偿不可控因素所造成的干扰与影响，使过程输出以最小的波动尽 可能的接近目标值，保持输出质量的稳定性。e p c 补偿的对象通常是一些过程内 部自然的、无法经济消除的干扰( 如温度、原材料、环境的波动等) 或者数据的 自相关的现象，这是与s p c 探测影响过程的外部特殊原因的干扰( 人为错误、机 第l 章绪论 器调整不当等) 的最大区别。 e p c 与s p c 虽然起源于不同的工业背景，有着不同的原理和方法，但二者有 着共同的目标，那就是减少过程波动。s p c 应用控制图测量和分析过程波动，当 过程存在特殊原因的干扰时，s p c 通过修正措施减少过程波动，但它缺乏随时对 过程进行调整的弹性，也无法对正常原因的影响或过程系统误差进行补偿。而e p c 可以随时对过程进行调整，补偿过程误差使过程尽可能的稳定于目标值，但若不 将真正引发过程异常波动的特殊原因利用s p c 探测出来，并加以消除，刚有可能 会因为调整，隐瞒过程已经发生异常波动的事实。因此可以说，e p c 治标，s p c 治本，二者整合才可以在现代制造环境下更有效的减少波动，改进质量。本文正 是以现代制造环境的特点为背景，一方面研究零件制造过程的一些过程调整方法， 消除过程误差或自相关，保持制造过程的稳定性，达到期望的制造水平。另一方 面研究过程均值变化下，自相关过程调整与监测的有关问题，评价控制图的性能。 1 2 研究的问题 为了改迸质量，近年来，整合s p c 与e p c 监测和调整过程，减小波动、优化 过程的观点已被学术界广泛认同，并成为质量控制领域研究的热点。关于过程监 测与调整的研究，国外最早可以追溯到1 9 6 2 年，当时b o x 和j 如h 璐u l 就提出了质 量控制、预测和调整优化的内在联系，极少数研究者，如m a c g r e 9 0 2 j 也注意到了 e p c 的过程调整对于改进质量的作用，但限于计算的复杂性，并未得到发展。2 0 世纪8 0 年代之后，随着混合性工业过程的大量涌现，如半导体工业，推动了s p c 与e p c 整合应用的需求。1 9 9 2 年，b o x 和k 招m e 一发起的整合s p c 与e p c 的讨 论，立即引起了学术界和工业界的广泛关注，随后，在质量控制领域的学术杂志 中，出现了有关整合e p c 与s p c 的大量文献。从目前国外的研究文献来看。有关 s p c 与e p c 整合研究主要集中在下面几个方面：第一，s p c 、e p c 以及s p c 与e p c 整合优势研究p 。第二，s p c 与e p c 的整合的方法研究【9 捌】。第三，s p c 与e p c 整合的应用研究【1 2 ，2 5 4 2 】。然而，从文献研究来看( 见2 4 ) ，大多探讨了s p c 与 e p c 整合的优势比较、干扰模型的识别方式以及对e p c 调整的比例一积分一微分 2 ( p m ) 控制器的设计等。一方面，对过程初始误差的调整问题探讨的较少，对各 种不同的过程调整方法缺乏系统的评价，特别是对从e p c 观点出发的过程调整和 从s p c 观点出发的过程调整的内涵还缺乏足够的认识。另一方面，对于整合m m s e 调整的控制图监测问题的研究远未达到令人满意的程度，还有大量的探索与完善的 空问。 ， 以上关于过程监测与调整的研究现状是针对国外而言的，就国内研究情况来 讲，不论是理论创新或是应用研究都与国外存在较大差距。长期以来，我国质量 管理和质量控制学界对企业质量管理的理论和方法研究的较多，对设计阶段质量 的稳健设计研究的较多，对s p c 研究的较多，但对e p c 研究的较少，而对于s p c 与e p c 整合的研究几乎是空白。时至今日，对过程进行监测与调整在我国理论界 和企业界却一直没有受到足够的重视。 因此，本文研究的主要问题为两个方面： 1 ) 过程调整。传统上，在零件工业，普遍使用s p c 方法对过程进行监测，而 避免使用过程调整方法，导致对如何应用过程调整方法来改进质量缺乏系统的研 究。因此，本文研究评价和比较e p c 的m m s e 调整、e w m a 调整以及g _ n i b b s 调 和规则的原理和效应。m m s e 调整不仅可以减少过程的波动。而且可以消除过程 数据的自相关，为解决自相关过程的监测提供了一种可以选择的途径。e w m a 调 整和g m b b s 调整可以解决过程初始误差问题，保持过程达到期望的质量水平。然 而，何时需要调整过程，就要使用控制图监测过程作出判断，一旦控制图显示过 程出现误差或均值发生偏移，假定存在可控的因素直接可以影响到过程均值，采 用g n l b b s 调整就可以消除均值偏移。 2 ) 过程监测。在过去s p c 的研究文献中，对于自相关过程的监测问题涉及到 e p c 的还比较少由于e p c 原本就应用于自相关过程，而基于反馈控制原理的 m m s e 调整可以消除过程的自相关，这样，可以利用m m s e 调整过程，然后再使 用控制图探测过程是否存在特殊原因的波动，如果存在，则停止过程进行人为的 诊断。然而，关于控制图监测m m s e 调整输出的性能研究，文献中虽然有类似的 研究，但对于a r ( 2 ) 过程还没有文献详细的探讨，对i m a ( 1 ，1 ) 过程虽有所探讨， 但基于所使用的控制图不够全面以及控制图性能比较基准不统一，还有，所考虑 3 的过程均值变化的模式不同，仍然有值得进一步研究的空间。在本文中，系统研 究a r ( 2 ) 过程和m 执( 1 ，1 ) 过程的调整与监测问题，包括自相关对控制图监测性能 的影响，m m s e 调整对均值变化的影响，控制图监测m m s e 调整输出的性能评价， 对a r ( 2 ) 过程的联合监测输出和输入的控制图性能评价，以及对i m a ( 1 ，1 ) 过程的 均值漂移构建c u s c o r e 控制图的性能评价等。 1 3 研究内容和方法 本文的研究内容是导师徐济超教授主持的国家自然科学杰出青年基金项目 “现代质量科学研究( 项目编号：7 0 1 2 5 0 0 4 ) ”的相关研究。本文的研究内容共 分为三个主要部分：第一部分：过程监测与过程调整的文献综述，在第2 章讨论： 第二部分：过程调整方法的评价与比较研究，第3 章的内容；第三部分：自相关 过程的调整下控制图的监测过程均值偏移或漂移的性能研究，可通过第5 章和第6 章的内容实现。本文的研究构架见图1 1 。 控制图评价：信噪比、报警概率、a r li i ，： 图1 1 研究构架 4 第l 章，绪论。对本研究的提出背景、研究问题、研究内容构架和研究方法 进行了介绍，并介绍本文的特色及主要创新之处。 第2 章，文献综述。主要回顾与介绍了过程波动、独立过程控制图、时间序 列模型、自相关过程控制图和过程调整的理论与模型，对国外学者关于整合s p c 与e p c 的研究成果进行了评述。 第3 章，过程调整方法的评价与比较。首先，分析和验证了戴明漏斗实验。 其次，分别介绍了m m s e 调整、e w m a 调整和( 加l b b s 调和规则的基本思想，分 析和讨论了a r ( 2 ) 和i m a ( 1 ，1 ) 过程的m m s e 调整和e w m a 调整效应，以 及对于过程初始误差g m b b s 调和规则的调整效应。最后，对三种调整方法进行了 分析比较。 第4 章，a r ( 2 ) 过程的调整与监测。首先，讨论了控制图监测自相关过程失 效的原因和朋r l 性能。其次，讨论了m m s e 调整下过程均值的偏移模式，控制? 图的a r l 、报警概率和信噪比，再次，讨论了监测调整输入的均值偏移模式，以 及联合监测调整输入和输出的休哈特控制图的a r l 。最后，通过实例分析给出了 过程调整与监测的实施过程，并通过仿真分析验证了联合监测的互补作用。 第5 章，i m a ( 1 ，1 ) 过程的调整与监测。首先，与独立过程比较分析了过程 均值偏移和漂移的情形。其次，讨论了休哈特控制图监测过程均值偏移和漂移i 鞋。 信噪比、报警概率和a r l 。最后，对于过程均值漂移，建立了c u s c o r e 控制图， 分析讨论了c u s c o r e 控制图与常用三种控制图的性能。 第6 章，结论与展望。这里将总结概括本文的研究结论，并对研究与应用前 景进行展望，以期后续学者们进一步地对过程监测与调整进行探索和完善。 1 4 研究特色及主要创新 本文采用了规范的理论分析方法，使得研究结果的理论体系完整，同时采用 了大量的仿真模拟试验，不仅为理论分析结果进行了确认，而且进一步深化了研 究结果。本文的主要创新之处如下： 1 评价和比较了来自于e p c 与s p c 领域的过程调整方法，其中包括m m s e 调整、e w m a 调整和g n l b b s 调和规则。对戴明的漏斗试验进行了理论分析和仿真 验证，指出对过程调整的必要性。对a r ( 2 ) 过程，仿真分析了受控过程的m m s e 和e w m a 的调整较少波动的效应，通过计算e w m a 调整前后输出方差的变化， 研究了相关程度、五的大小与波动减少的关系，说明虽然优化a 的取值可以得到最 小的m s e ，但e w m a 调整效应依赖于过程数据的自相关性。针对小批量生产环 境下，机器设置的频繁调整导致过程初始误差问题，模拟数据验证了g n i b b s 调和 规则的调整优势，给出了一个g m b b s 调整应用策略的概念性框架。基于砭i l i i l 缸 滤波估计，分析了e w m a 调整与g n l b b s 调和规则对于设置误差调整的同一性， 通过定义一个相对性能比率比较了这两种方法在不同偏离下的调整性能，在过程 均值偏离较大时，与e w m a 控制器相比，g n i b b s 调整优于e w m a 调整，在初始 偏离较小时，相对来说二者的差别不是很大。通常所说的过程调整方法是指来自 予e p c 的假定，主要是利用可控的输入变量补偿过程输出误差。而在s p c 领域， 也会涉及到过程调整，主要是修正或消除由特殊原因引起的异常波动的根源，使 过程均值保持在目标值。本文基于状态空间模型从调整的模型、方式和背景三个 方面比较了来自于e p c 的m m s e 调整和来自于s p c 的g r u b b s 调整的异同。 2 对a r ( 2 ) 过程，系统研究了控制图监测m m s e 调整输出和输入的性能。 由于m m s e 调整可以消除过程数据的自相关，因此，整合m m s e 和控制图可以监 测自相关过程。过去的文献虽然有类似问题的研究，但对a r ( 2 ) 过程系统深入 的研究还没有发现。本文首先讨论了直接应用控制图监测a r ( 2 ) 过程无效的原 因，仿真模拟控制图的a r l 结果显示，自相关对e w m a 图和c u s u m 图的监测 效果的影响大于休哈特图。系统研究了m m s e 调整的过程均值的偏移模式，利用 信噪比、报警概率和a r l ，分析了控制图的运行长度和过程均值偏移模式以及过程 自相关性的关系。利用仿真计算给出了休哈特图、e w m a 图和c u n s u n 图的a r l ， 结果显示，对正相关程度较高的a r ( 2 ) 过程，控制图的性能在小、中量的均值 偏移下变得很差。由此，本文提出联合监测输出和输入，通过对暂时和稳定的信 噪比以及仿真模拟的a r l 分析比较发现，监测调整输入和调整输出具有互补的作 用。 3 对i m a ( 1 ，1 ) 过程，系统研究了控制图监测m m s e 调整输出的性能。 6 ； ! ： 登j ! 三些查耋兰圭耋堡篓耋i 基于信噪比、a l 也和报警概率分析了休哈特控制图监测过程均值漂移和偏移的性 能。对过程均值漂移模式，构建了c u s c o r e 控制图，并给出了该图与常用的三 种控制图在不同参数和均值偏移量下a l 也的仿真模拟结果，结果显示，在口 o 1 时，在口 0 1 时，c u s c o r e 控制图有更好的性能。因此，对于m 队( 1 。1 ) 过 程的均值漂移，c u s c o r e 控制图是一种更好的选择 1 5 研究意义及作用 目前过程监测与调整的研究已经成为学术界和企业界关注的一大重点，它相 对于传统的质量控制理论提出了新的内涵。通过对过程监测与调整，过程波动进 一步减少，质量特性的输出值更接近目标值，为零件制造过程质量控制提供了新 方法。因此，本文的研究具有重要的理论意义和实践意义。其理论意义在于对零 件制造过程，通过对过程调整方法的分析比较，对控制图监测自相关过程的失效 原因分析，以及m m s e 调整的均值变化模式分析、控制图的性能评价等，给出了 相关的结论和运用控制图的建议，为缩短我国与发达国家质量控制理论上的差距、 丰富s p c 理论，提供了良好的契机。本文研究归纳、总结了国外近年来最新的研 究成果，而且本文的研究结论为学术界的研究、企业界的实践提供了新的思路和 参考依据，特别是对我国制造企业的质量控制和质量改进具有重要的实践指导价 值。 1 6 本章小结 本章就本文的研究背景、研究的问题、研究内容与方法、研究特色及主要创 新、研究意义及作用等内容进行了系统性阐述， 本文的研究背景主要是基于现代化制造环境所表现的新特点：顾客化的小批量 生产导致系统或机器的频繁设置，过程初始误差经常出现。自动化程度的提高以 及传感器记录数据，使零件制造过程的质量特性输出表现为自相关，违背了传统 控制图的独立性假定。对于制造过程的质量控制，需要更多的工具整合来应对制 7 造环境的变化。g n l b b s 调整规则可以解决过程初始误差的调整问题，而e p c 的 m m s e 调整可以消除过程输出的自相关，这两种调整方法分别和控制图整合可以 更好的控制过程质量。然而，在国外的研究文献中，对这两种整合策略的探讨较 少，还存在许多问题有待进一步探索。 在简述相关研究的基础上，提出了本文要研究的问题，进而介绍了本文的主 要研究内容和研究构架、3 个主要的创新以及研究的意义和作用。 8 第2 章文献综述 本章主要回顾与介绍了过程波动、独立过程控制图技术、时间序列相关模型、 自相关过程控制图技术和e p c 的反馈控制的基本理论与模型，对国外学者关于整 合s p c 与e p c 的研究成果进行评述，目的在于全面掌握国外在该领域的研究现状， 以便找准本研究的切入点，并为后续研究提供方法论基础。 2 1 过程波动 人类的一切活动都可以用过程来描述。制造过程通常被定义为把输入转换为 输出的方法、步骤和活动( 如图2 1 ) 。输入有两类因素构成，一类是无法或难以 控制的随机因素，另一类是可以确定或识别的系统因素，输出即为过程的结果( 如 产品、信息等) 。通过对输出的测量、评价和监控表明过程是如何使产品质量特性 满足质量设计水平的。 输入 系统因素 图2 - l 过程模型 任何一个过程都要受到随机因素和系统因素的作用，使其过程的输出结果发 生着“变化”，我们称此“变化”为波动。如果过程的输出结果可以用产品质量特 性的测量值来表示，那么，过程波动就表现为输出数据的差异性。 在生产过程中，无论工程师们将蓝图设计的如何地精密，所制造出来的产品 是不可能完全相同的，其质量特性也不可能完全符合目标值，那些过程固有的、 随机因素引起的i 刍然的波动将永远存在。这类随机因素也被戴明【3 3 1 称为正常原因， 所引起的波动称为随机波动或正常波动。随机因素引起的波动变化幅度较小，是 过程固有的，工程上是可以接受的。然而，即使这种较小的正常波动，我们也不 希望它存在，因为它毕竟会对产品的质量产生一定的影响。但是，我们又不能从 根本上消除它，就不得不承认它存在的合理性。正是从这种意义上讲，把它称为 正常原因的波动。由此，我们称仅有随机因素影响的过程状态为受控状态，一般 过程就是在这样的状态下运行的。一旦这种状态遭到破坏，则称过程处于失控状 态。此时，需要检查、修正，使其恢复到受控状态。问题是如何探测过程是否处 于受控状态? 由于过程受随机因素的影响，其输出结果具有一定的偶然性，仅通 过对过程输出的个别观察值，似乎难以揭示过程当前的运行状况。值得庆幸的是， 在随机因素影响过程的同时，还存在着另外一类相对稳定的因素作用于过程，制 约着过程的输出结果。例如，尽管原材料的微观结构具有微小的差异，但所选用 的原材料的规格总是一定的。操作水平虽然有波动，但在