质量实验大纲及指导书6.5.doc

“质量工程与可靠性”实验大纲Quality Management and Reliability Experiments实验项目中文名称：质量工程与可靠性实验实验项目英文名称： Quality Engineering and Reliability Experiments实验学时：8学时 适用专业：工业工程专业所属课程：质量管理与可靠性开课学院：机电工程学院开课学期：第6学期教材及实验指导书：罗国勋主编，质量管理与可靠性，高等教育出版社，2009年质量管理与可靠性实验指导书， 2012年一、 实验目的或任务质量管理与可靠性实验是与质量管理与可靠性课程紧密结合的实验课程，属于该课程重要的实践环节，通过实验直观教学，缩短学生把理论知识转化为实践知识的时间。通过本实验课程的学习，使学生加深对所学课程重点内容的理解，掌握实验的基本理论、操作技术及分析处理实验数据的方法，提升学生分析和解决工程问题的能力、知识综合能力，实际动手能力、以及协同工作的能力。二、 实验教学基本要求通过本课程的学习和实践，使学生掌握关键质量特征提取及关键质量特征抽样检验，统计过程控制与诊断（SPC和SPD）、实验设计（DOM）等基本理论和基本方法，并能将其灵活运用。三、 实验教学的内容或要求1.以金工实习产成品压缩试件为研究对象，运用质量功能展开法，确定关键质量特征及其加工要求。以分别以试件高度、外径为检验目标，依次进行计数标准型一次抽样和二次抽样、计量型标准一次抽样检验。2.使用实验1中采集的数据分别绘制均值-极差控制图、不合格品率控制图和不合格品数控制图。通过加工过程质量诊断，绘制选控均值-选控极差控制图和选控不合格品率控制图，判断工序的过程能力。3.以投射器为研究对象，针对投射器的多个指标：投射角度、指针位置、橡皮筋数量等，要求学生自主设计完全析因和部分析因试验，仅允许每人按试验设计次数进行投射，并对投射结果进行分析，确定最远投射距离及最佳全因子（部分因子）组合，最终在确定的最佳因子组合状态下进行投射测试。四、 实验类型或性质设计性实验五、 实验开出要求工业工程专业学生必做六、 实验所需仪器设备1.富通QFD软件、压缩试件2.游标卡尺、外径千分尺3. JMP软件4.投射器、飞机发射器组合七、实验项目表序号实验项目名称内容提要实验要求实验时数每组人数实验室名称备注1抽样检验产品关键质量识别并进行计数/计量型连续批抽样检验必做31质量工程技术实验室验证性实验2统计过程控制绘制各类控制图，判断工序过程能力必做22-3大学生创新基金设计性实验3试验设计设计全因子或部分因子实验，分析最有因子组合必做32-3质量工程技术实验室设计性实验实验一 压缩试件抽样检验实验指导书一、实验目的1、通过全检和抽样检验，体会产品实际不合格率与抽样不合格率的区别。2、通过实验掌握简单随机抽样法、分层随机抽样法、整群抽样和分阶段随机抽样方法。3、按照给定标准（正常、加严、放宽）进行计数标准型一次抽样和二次抽样，并根据抽样结果确定是批产品是否合格。4、按照给定公差进行计量型一次抽样，掌握K法或M法的计量型合格批判定。二、实验原理抽样检验又称抽样检查，是从一批产品中随机抽取少量产品（样本） 进行检验，据以判断该批产品是否合格的统计方法和理论。它与全面检验不同之处，在于后者需对整批产品逐个进行检验，把其中的不合格品拣出来，而抽样检验则根据样本中的产品的检验结果来推断整批产品的质量。如果推断结果认为该批产品符合预先规定的合格标准，就予以接收；否则就拒收。所以，经过抽样检验认为合格的一批产品中，还可能含有一些不合格品。一般情况下抽样检验可分为计数型和计量型两种。计数型抽样检验按照抽检出不合格品数量判定该批次产品是否合格，按照抽检次数又可分为一次、两次和多次，其中最为简单的为国标GB/T13262-2008不合格品率的计数标准型一次抽样检验程序及抽查表。计量型抽样检验是根据样本质量特性的均值或标准差作为判定，指标假设产品的质量特性X是正态分布的随机变量，即：产品特性 X 遵循均值为，方差为2的正态分布，当已知产品公差或质量上、下限时，可通过K法或M法确定样本的质量指标 QU、QL，通过与国标系列表中的参数相比较判定该批产品是否合格。三、实验设备QFD软件、压缩试件3000件、游标卡尺30把、外径千分尺30把。四、实验内容和步骤（实验报告）压缩试件抽样检验实验报告班级： 姓名： 学号： 1全数检验给定压缩试件厚度（外径）的质量标准1.740.03mm（外径23.500.05 mm），全检100个压缩试件，一班同学以外径为关键质量特征，二班同学以高度为关键质量特征，分别测量并记录所有试件的质量特征值，填入下表： (单位mm)1234567891012345678910则该批产品的实际合格品率为： 2计数型抽样检验（1）计数标准型抽样方案抽样检验方案由供需双方协商确定，若协商后要求本次采用的抽样方案其特征曲线（OC曲线）必须经过（0.017，0.95）、（0.35，0.10）两个点，在实施过程中应根据GB/T 检索抽样方案，检索依据为P0= P1= ，最终检验方案为（ ， ）按照随机抽样获取样本，一班同学测量高度，二班同学测量外径，结果为：其中不合格数量为 ，根据抽样方案，该批产品 接收。（2）计数调整型抽样方案计数调整型抽样方案在实施过程中应根据GB/T 检索抽样方案。若采用有放回的抽样检验方法，在给定检验批量N=100和检查水平IL=II级时，可确定样本字码为： 。再根据质量接收限（AQL=2.5%）分别确定正常一次、加严一次、放宽一次的检验方案。抽样方案批量样本量（n）接收不合格数上限（Ac）拒收不合格数下限（Re）实际不合格品数是否接收备注正常一次100分层随机抽样加严一次100分阶段随机抽样放宽一次100整群抽样一班同学测量厚度，二班同学测量外径，测量数据填如下表：（单位mm）正常一次（n= ）加严一次（n= ）放宽一次（n= ）若企业要求必须采用计数调整型二次抽样，在给定检验批量N=100和检查水平IL=II级时，可确定样本字码为： 。再根据质量接收限（AQL=4.0%）分别确定正常二次、加严二次、放宽二次的检验方案。抽样方案批量样本量累计样本量累计接收不合格数（Ac）累计拒收不合格数（Re）实际不合格品数是否接收正常二次100加严二次100放宽二次100一班同学测量厚度，二班同学测量外径，测量数据填如下表：（单位mm）正常一次（n1= ，n2= ）加严一次（n1= ，n2= ）放宽一次（n1= ，n2= ）分别对以上六种抽样的产品质量特征进行记录，判定批产品是否予以接受。3计量型抽样检验 若企业要求必须进行计量型抽样检验，在给定检验批量N=100和检查水平IL=II级时，可确定样本字码为： 。已知质量接收限AQL=2.5%，在已知情况下，以上规范限为关键质量指标，分别选用K法和M法分别确定正常、加严和放宽的检验方案。K法M法抽样方案批量样本量（n）判别系数（k）样本量（n）判别系数（M）修正系数（v）正常100加严100放宽100假设已知且等于S，利用分层抽样提取学号末尾数为基数，抽取10个样本进行计算，按照 计算标准差。序号单值序号单值16273849510S =均值合计以正常抽样检验方案为例，具体实施抽样并判定批产品是否接受。（抽样具体数据使用计算标准差时10个数据的前n个）给定上规范限厚度1.76mm，外径23.55mm；计算质量指标Qu和PuK法M法抽样方案批量样本量（n）判别系数（k）质量指标（Qu）样本量（n）判别系数（M）不合格品率p质量指标（Pu）正常100是否接收五、思考题1本次实验通过不同抽样检验方案对同一批产品进行检验，结论分别为：正常加严放宽计数型标准型一次调整型一次抽样二次抽样计量型计量标准型一次抽样利用以上检验结论，可以计算出该批产品的质量接收概率L（p）= 若已知该批产品的实际不合格品率p，思考L（p）与p有什么关系？2. 使用全班同学的计数调整型一次抽样检验结果，按照学号为顺序，计算抽样检验转移得分。批号可接收性转移得分下批严宽程度批号可接收性转移得分下批严宽程度批号可接收性转移得分下批严宽程度1112121222313234142451525616267172781828919291020303. 在计量型抽样检验时若要求产品必须满足双侧规范限U和L，增加下规范限高度17.1mm，外径23.45mm的要求，试写出具体检验步骤？实验二 统计过程控制与诊断实验指导书一、实验目的1、掌握质量数据统计、分析方法，了解JMP软件在六西格玛质量管理中的应用。2、掌握过程能力指数的数据统计和计算方法。3、掌握控制图的基本原理和软件绘图方法。4、掌握两种质量诊断理论，基于压缩试件外径（前工序）和高度（后工序）绘制选控图和全控图，并诊断质量过程是否稳定。二、实验原理统计过程控制（SPC）是应用统计技术对过程中的各个阶段进行评估和监控，建立并保持过程处于可接受的且稳定的水平，从而保证产品与服务符合规定的要求的一种质量管理技术，从内容上说主要是有两个方面:一是利用控制图分析过程的稳定性，对过程存在的异常因素进行预警；二是计算过程能力指数分析稳定的过程能力满足技术要求的程度，对过程质量进行评价。统计过程诊断（SPD）是利用统计技术对过程中的各个阶段进行监控与诊断,从而达到缩短诊断异常的时间、以便迅速采取纠正措施、减少损失、降低成本、保证产品质量、提高办事效率的目的。SPC可以判断过程的异常，及时报警，但也有其局限性，它不能判断异常是由什么因素引起的，发生在何处，也不能进行诊断。而在现场迫切需要解决诊断问题，否则即使想要纠正异常也无从下手。SPD就是利用统计技术对过程中的各个阶段进行监控和诊断，从而缩短诊断异常时间(以便迅速采取纠正措施)、减少损失、降低成本、保证产品质量。SPD不但具有对SPC的及时报警进行控制的功能，并且具有SPC所没有的诊断功能，故SPD是SPC进一步发展的新阶段。三、实验设备JMP软件一套、电脑30台。四、实验内容和步骤统计过程控制实验报告班级： 姓名： 学号： 1绘制直方图利用实验一中全检获得的质量特征值（高度或外径）绘制直方图，掌握应用Excel、Minitab、JMP等软件绘制直方图。实验1中全检的质量特征为 ，具体的数据为：1234567891012345678910在Excel中加载数据分析宏，利用统计描述获得数据均值为 ，标准差 。根据拉依达准则需要剔除的数据范围为： 。剔除后数据极差为 ，以此为基础分10组确定组间距，绘制直方图，输出结果截图：2、计算加工过程能力指数根据第一步获得的质量特征值的均值、标准差以及产品质量特征公差（高度300.05mm，外径160.03mm），判断产品质量特性值分布的均值和公差中心是否出现偏移，根据公式计算过程能力指数Cp或Cpk。3、绘制均值-极差控制图 利用已知质量特征值数据（高度或外径），按照系统随机抽样法，将100组数据分为25组，每组4各样本，利用相应软件制作均值极差控制图。Xi1Xi2Xi3Xi4AVG(xi)AVG(R)12345678910111213141516171819202122232425均值针对AVG(xi)和AVG(R)分别利用统计描述工具计算出均值标准差： 则均值标准差控制图界限分别为：绘制控制图如下：极差控制图均值控制图根据控制图判稳和判异准则，分析加工过程是否处于 状态。 4、统计过程诊断根据压缩试件工艺，绘制基于压缩试件外径（前工序）和厚度（后工序）的选控图。首先收集同组产品的质量特征（外径和厚度）做回归分析。1234567891012345678910回归方程为： ，相关系数R= ，说明： 。若上道工序（外径）的加工与本道工序（厚度）有关，则需通过选控图对质量状况进行分析。绘制选控单值移动极差控制图，选取20个点（系统随机抽样法N=5，按学号除以5的余数选择）。外径xRs（x）厚度y1234567891011121314151617181920均值则x的单值图控制线： y/x的单值图控制线： 的单值图控制线： 结合已知的前工序休哈特图（一班同学选取外径质量特征）、后工序休哈特图（二班同学选取外径质量特征），对照三图诊断表进行压缩试件加工过程质量的诊断分析。典型情况上全控图下全控图下选控图诊断结果1异常异常异常分质量异常,上影也异常2异常异常正常分质量正常,上影异常3异常正常异常分质量异常,上影异常，两者方向相反,递加抵消4异常正常正常分质量正常,上影异常，两者方向相反,递加抵消5正常异常异常分质量异常,上影正常6正常异常正常分质量正常,上影正常,两者方向相同,递加质量异常7正常正常异常分质量异常,上影正常,两者方向相反,递加抵消8正常正常正常均正常五、思考题1、过程能力指数Cp或Cpk分别在什么情况下成立？2、压缩试件的外圆和高度尺寸的关系式什么？若判定为无相关性，是否能够运用选控图对质量进行分析？实验三 正交试验设计实验指导书一、实验目的1、理解正交设计实验的原理和方法；2、学会使用正交设计相关软件；3、学会利用正交设计方法来减少实验次数，更有效地得出实验结果；4、树立正确的整体分析思想，培养分析问题、解决问题的能力；二、实验原理正交试验设计(Orthogonalexperimentaldesign)是利用规格化的正交表，恰当地设计出试验方案和有效地分析试验结果，提出最佳配方和工艺条件，进而设计出更优秀的试验方案的一种高效率、快速、经济的试验设计方法。正交表是利用“均衡搭配”与“整齐可比”这两条基本原理，从大量的全面实验方案中，挑选出少量具有代表性的试验点，制成整齐排列的规格化表格。均衡搭配是指用正交表所安排的试验方案，能均衡地分散在水平搭配的各种组合方案之中，因而其试验组合条件具有代表性，容易选出最优方案。整齐可比是指为了对某一因素比较其各水平的作用，从中选出优秀水平时，其余相应的水平出现的次数应该相同，以便最大限度地排除其他因素的干扰，使这一因素的几个水平之间具有可比性。三、实验设备飞机发射器组合4套、弹射器组合4套、JMP分析软件1套。四、实验内容和步骤（实验报告）本实验每15-16人为一大组，每大组分8小组，每小组2人。实验目的根据不同设备设定。1、3、5、7组解决问题一：飞机发射器最远飞行距离试验设计；2、4、6、8组解决问题二：弹射器最大射程的全因子组合设计。基本步骤包括：1.熟悉飞机发射器和弹射器基本情况，确定影响因子数和水平数。2.根据问题选定因子和水平，设计两水平全析因正交实验，确定关键因素。3.在关键因素中设计三因素三水平正交实验，确定最佳部分析因水平组合。4.确定全因子最优水平组合并及通过实验验证结果。正交试验设计实验报告班级： 姓名： 学号： 组号： 序号： 1熟悉飞机发射器或弹射器基本情况尝试操作飞机发射器或弹射器，观察影响射程的因素有哪些（A、B、C、D、E、F），各影响因素的水平分别有多个（、），其水平值分别是多少。填入下表：A:B:C:D:E:F:水平值水平值水平值水平值水平数(约)思考：假设各影响因素无交互作用，为全面考虑影响因素对目标值（射程）的影响，确定最优因子组合，按上表所列数据至少需要在无重复试验的情况下做 次试验。在日常生活中，这种全因子试错实验设计方法是否可行？ 2两水平全析因试验设计当影响因素大于4时，正交试验工作量较大，需先从所有因素中筛选出对目标值影响最大的3-4个因素进行正交实验。现阶段需考虑所有因素，为方便高效率的筛选，仅在各因素上设定相对较理想的两个水平值进行试验，称之为两水平全析因试验。尝试投射3-5次，确定各因素中较理想的两个水平值（+和-）：A:B:C:D:E:F:水平+值水平-值两水平全析因试验常用正交表有：L8(27)、L12(211)、L16(215)，本次试验影响因素为 个，在不考虑交互作用的情况下，可选用 正交表，需要做全析因试验 次。设计正交表表头，进行投射试验，将获取的数据填入全析因试验分析表。运用极差分析法，确定影响目标值（射程）各因素的主次关系，其中影响较大的前四个因素分别是： ，其余因素的排序依次为： 正交试验结果分析表（极差分析）A:B:C:D:E:F:G:射程1+-2+-+3+-+4+-5-+-+-+6-+-+-7-+-+-8-+-+-+K1K2= k1k2R3部分析因试验设计以影响最大的4个因素为基础，在不考虑交互作用的情况下，选取其中3个因素做部分析因试验设计，要求每组两个同学至少有一个因素不相同。各影响因素选择较为理想的三个水平，分别填入下表。X:Y:Z:水平1值水平2值水平3值三因素三水平的正交实验选用的正交表为： 。设计正交表表头，进行投射试验，将获取的数据填入正交试验结果分析表。正交试验结果分析表（方差分析）X:Y:X:误差射程MiMi2(M