基于特征的多品種小批量生產(chǎn)零件過程能力指數(shù)確定方法
【專利摘要】一種基于特征的多品種小批量生產(chǎn)零件過程能力指數(shù)確定方法，其特征是首先以加工特征為對象，把尺寸不同而加工工藝和公差等級相同且標準差與公差之比為常數(shù)的加工特征質量特性值定義為同一加工特征樣本，其次將樣本個體進行歸一化，使樣本個體均值相同即樣本個體服從同一種分布，最后基于加工特征樣本計算過程能力指數(shù)。本發(fā)明從根本上解決了多品種小批量生產(chǎn)的樣本容量問題，實現(xiàn)了面向多品種小批量生產(chǎn)的過程能力指數(shù)由區(qū)間估計向點估計的轉變。通過利用獲得的過程能力指數(shù)能計算出加工特征質量特性值的不合格品率，根據(jù)不合格率對特征設計結構進行可加工性分析，選擇合適的設計結構，避免100%檢測，提高了檢測的效率。
【專利說明】基于特征的多品種小批量生產(chǎn)零件過程能力指數(shù)確定方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機械加工過程控制方法，尤其是一種能大幅度提高加工效率、減少檢測次數(shù)而不影響總體產(chǎn)品質量的過程控制方法，具體地說是一種基于特征的多品種小批量生產(chǎn)零件過程能力指數(shù)的確認方法。
【背景技術】
[0002]過程能力指數(shù)(Process Capability Index, PCI)作為過程能力的定量評價,是統(tǒng)計過程控制(Statistical Process Control, SPC)理論的重要內容,現(xiàn)已被廣泛應用于產(chǎn)品結構設計、公差優(yōu)化、成本控制、工藝決策和質量管理等環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的過程能力指數(shù)計算對統(tǒng)計樣本容量有嚴格的要求，樣本容量越大，獲得的過程能力指數(shù)就越能反應實際的過程能力。多品種小批量生產(chǎn)由于樣本容量較小而無法準確計算過程能力指數(shù)。
[0003]檢索現(xiàn)有技術與文獻發(fā)現(xiàn)，面向多品種小批量生產(chǎn)的過程能力指數(shù)計算方法目前主要有四類:
[0004]過程能力指數(shù)的區(qū)間估計方法。區(qū)間估計方法仍采用傳統(tǒng)方法計算過程能力指數(shù)，只是所獲得的過程能力指數(shù)具有一定的置信區(qū)間。樣本容量越小，置信區(qū)間范圍越大。若要求置信區(qū)間下限滿足過程能力要求會造成實際的過程能力過于保守。因此，過程能力指數(shù)置信區(qū)間的實用性受到了很大限制。
[0005]基于成組技術的過程能力指數(shù)計算方法。為了增加樣本容量，可利用成組技術將工藝過程相同或相似、形狀相同而公差不同的零件分類成組，通過數(shù)據(jù)變換把分布類型相同的數(shù)據(jù)轉換為服從同一分布的數(shù)據(jù)，進而用傳統(tǒng)方法計算過程能力指數(shù)。成組的合理性依賴于相似度值的取值，相似度標準的建立是該類方法的難點，取值過低會導致樣本納入錯誤個體，取值過高，亦會造成樣本容量不足。
[0006]基于Bootstrap的過程能力指數(shù)計算方法。Bootstrap方法實質上是一種模擬抽樣統(tǒng)計推斷方法。它通過重復采樣擴充樣本容量，進而得到樣本統(tǒng)計量的經(jīng)驗分布。但是，基于Bootstrap的過程能力指數(shù)計算在本質上并沒有增加樣本容量，而是將已有的樣本個體作為新的個體進行重復抽樣。重復抽樣的個體并不能完全反映過程能力的實際狀況，只是通過重復抽樣縮小了置信區(qū)間的范圍。
[0007]基于Bayes估計的過程能力指數(shù)計算方法。該方法是根據(jù)當前的樣本分布和未知分布參數(shù)Θ的先驗分布，利用條件概率分布求解方法估算未知參數(shù)Θ的條件分布。利用Bayes估計計算過程能力指數(shù)的前提是已有先驗分布，因此該方法只能計算先驗分布已知的樣本過程能力指數(shù)。
[0008]綜上所述，針對多品種小批量生產(chǎn)，目前還沒合適的過程能力指數(shù)計算方法，也沒有合適的樣本建立方法。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的是針對多品種小批量生產(chǎn)由于樣本容量不足導致過程能力指數(shù)難以準確計算的問題，發(fā)明一種基于特征的多品種小批量生產(chǎn)零件過程能力指數(shù)的確認方法，同時利用獲得的過程能力指數(shù)計算加工特征質量特性值的不合格品率，根據(jù)不合格率對特征設計結構進行可加工性分析，選擇合適的設計結構；自動選擇典型加工工藝方案，使得零件上每個質量特性值都達到所需的合格品率；對特征各加工狀態(tài)進行檢測必要性分析，避免100%檢測，提高了檢測的效率。
[0010]本發(fā)明的技術方案是:
[0011]一種基于特征的多品種小批量生產(chǎn)零件過程能力指數(shù)的確定方法，其特征是它包括以下步驟:
[0012]步驟1、建立加工特征樣本，把尺寸不同而加工工藝和公差等級相同且標準差與公差之比為常數(shù)的加工特征的質量特性值定義為同一加工特征樣本，從而擴充樣本容量；
[0013]質量特性值是指:產(chǎn)品規(guī)格屬性的固有要求。例如零件上筋特征的筋厚、孔特征的直徑和深度等。
[0014]質量特性值的公差，例如筋厚的公差為I〗:；mm，稱為質量特性值的技術規(guī)格。
[0015]步驟2、將加工特征樣本進行歸一化處理，使樣本個體均值相同即樣本個體服從同一種分布；
[0016]步驟3、根據(jù)歸一化后的加工特征樣本計算出過程能力指數(shù)；
[0017]步驟4、根據(jù)計算所得的過程能力指數(shù)確定加工特征的不合格品率；
[0018]步驟5、根據(jù)加工特征的不合格品率對特征的設計結構進行可加工性分析，選擇合格品率較高的設計結構；`
[0019]步驟6、根據(jù)加工特征的不合格品率選擇典型工藝方案，使得零件上所有加工特征的合格品率均符合要求；
[0020]步驟7、根據(jù)加工特征的不合格品率對加工特征進行檢測必要性分析，避免100%檢測，提聞檢測效率。
[0021]所述建立加工特征樣本的方法為:
[0022]步驟1、選定加工特征的某個質量特性值，所述的質量特性值的公稱尺寸不同，但公差等級和加工工藝相同；
[0023]步驟2、計算不同公稱尺寸質量特性值的標準差、公差以及標準差與公差的比值；
[0024]步驟3、判定標準差與公差比值是否為常數(shù)，若為常數(shù)，則將這些質量特性值歸為同一加工特征樣本。
[0025]所述判定標準差與公差之比為常數(shù)的方法為:
[0026]步驟1、計算標準差在一定置信水平下的置信區(qū)間；
[0027]步驟2、計算標準差與公差比值在一定置信水平下的置信區(qū)間；
[0028]步驟3、落在置信區(qū)間內的質量特性值歸為同一加工特征樣本。
[0029]所述加工特征樣本歸一化處理包括以下步驟:
[0030]步驟1、進行公稱尺寸轉換；
[0031]步驟2、進行公差轉換；
[0032]步驟3、進行方差一致性檢驗；
[0033]步驟4、均值一致性檢驗。
[0034]所述基于加工特征樣本計算過程能力指數(shù)包括以下步驟:[0035]步驟1、計算無偏移雙側規(guī)范情形下的過程能力指數(shù)；
[0036]步驟2、計算無偏移單側規(guī)范情形下的過程能力指數(shù)；
[0037]步驟3、計算有偏移情形下的過程能力指數(shù)。
[0038]根據(jù)加工特征的不合格品率對特征設計結構進行可加工性分析的方法為:
[0039]步驟1、獲取加工特征列表；
[0040]步驟2、獲取加工特征的質量特性值列表；加工特征的質量特性值列表是指一個加工特征含有的多個質量特性值組成的列表。例如筋特征具有筋厚、筋高、筋長、表面粗糙度等多個質量特性值，每個質量特性值都有各自的技術規(guī)格(比如公差、粗糙度等級)。
[0041]步驟3、查詢質量特性值在采用不同加工工藝時的過程能力指數(shù)Cp，判斷是否大于
1.33 ；
[0042]步驟4、若Cp大于等于1.33，則該質量特性值的不合格品率滿足要求；
[0043]步驟5、若Cp小于1.33，則判定是否有可替代結構，若有給出可替代結構。
[0044]根據(jù)加工特征的不合格品率選擇零件的典型工藝方案的方法為:
[0045]步驟1、獲取加工特征列表；
[0046]步驟2、獲取加工特征的質量特性值列表；
[0047]步驟3、查詢質量特性值在采用不同加工工藝`時的過程能力指數(shù)Cp ；
[0048]步驟4、選取質量特性值的過程能力指數(shù)Cp均大于等于1.33時的典型工藝方案作為實際加工方案。
[0049]根據(jù)加工特征的不合格品率對加工特征進行檢測必要性分析的方法為:
[0050]步驟1、獲取加工特征列表；
[0051]步驟2、獲取加工特征的質量特性值列表；
[0052]步驟3、查詢質量特性值在采用不同加工工藝時的過程能力指數(shù)Cp ；
[0053]步驟4、當過程能力指數(shù)Cp ^ 1.67時，表示過程能力過高，零件中間狀態(tài)和最終狀態(tài)均不需檢測；當1.67>CP ^ 1.33時，表示過程能力充分，零件中間狀態(tài)不需檢測，零件最終狀態(tài)需檢測；當1.33>CP ^ 1.0時，表示過程能力一般，零件中間狀態(tài)和最終狀態(tài)均需檢測；通過中間狀態(tài)檢測獲得零件上關鍵尺寸的中間狀態(tài)，確定判定是否超差，依據(jù)超差量調整刀軌，保證關鍵尺寸最終落在設計公差范圍內；當Cp〈l.0時，過表示程能力不足，零件最終狀態(tài)需要檢測，零件中間狀態(tài)也需要檢測；零件中間狀態(tài)檢測的目的是查找過程能力不足的原因，進而改進工藝或修改零件結構使得過程能力符合要求。
[0054]本發(fā)明的有益效果是:
[0055]1、提供了面向多品種小批量生產(chǎn)的加工特征樣本建立方法。
[0056]2、提供了加工特征樣本的歸一化方法。
[0057]3、提供了基于加工特征樣本計算過程能力指數(shù)的方法。
[0058]4、提供了基于過程能力指數(shù)對特征設計結構進行可加工性分析的方法。
[0059]5、提供了基于過程能力指數(shù)選擇典型工藝方案的方法。
[0060]6、提供了基于過程能力指數(shù)進行檢測必要性分析的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0061]圖1為驗證本發(fā)明建立的筋特征樣本。[0062]圖2為質量特性值的總體平均值μ與技術規(guī)范中心M不重合時不合格品率計算。
[0063]圖3為基于過程能力指數(shù)的零件可加工性分析流程。
[0064]圖4為本發(fā)明的槽特征典型工藝示意圖。
【具體實施方式】
[0065]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。
[0066]如圖1-3所示。
[0067]一種基于特征的多品種小批量生產(chǎn)零件過程能力指數(shù)的確定方法，它包括以下步驟:
[0068]步驟1、建立加工特征樣本，把尺寸不同而加工工藝和公差等級相同且標準差與公差之比為常數(shù)的加工特征的質量特性值定義為同一加工特征樣本，從而擴充樣本容量；
[0069]加工特征樣本建立步驟為:
[0070]1、選定加工特征的某個質量特性值，例如筋特征的筋厚、壁特征的壁厚、孔特征的孔徑、孔深等。這些質量特性值的公稱尺寸不同，但公差等級和加工工藝相同。
[0071]2、計算不同公稱尺寸質量特性值的標準差、公差以及標準差與公差的比值。計算方法為:1)、計算標準差在一定置信水平下的置信區(qū)間；2)、計算標準差與公差比值在一定置信水平下的置信區(qū)間；3)、落在置信區(qū)間內的質量特性值歸為同一加工特征樣本。
[0072]3、判定標準差與公差比值是否為常數(shù)，若為常數(shù)，則將這些質量特性值歸為同一加工特征樣本。
[0073]為了驗證本發(fā)明根據(jù)不同尺寸筋特征與加工工藝的對應關系，選取生產(chǎn)批量較大的民機零件建立了圖1中的樣本I至樣本6。由于傳統(tǒng)過程能力指數(shù)計算方法要求樣本容量至少大于100，考慮卡方分布表可提供的數(shù)據(jù)，樣本I至樣本6的樣本容量均取116。且樣本I到樣本6均服從正態(tài)分布。
[0074]由于樣本服從N (U，O)，根據(jù)抽樣分布定理有上
【權利要求】
1.一種基于特征的多品種小批量生產(chǎn)零件過程能力指數(shù)的確定方法，其特征是它包括以下步驟: 步驟1、建立加工特征樣本，把尺寸不同而加工工藝和公差等級相同且標準差與公差之比為常數(shù)的加工特征的質量特性值定義為同一加工特征樣本，從而擴充樣本容量； 步驟2、將加工特征樣本進行歸一化處理，使樣本個體均值相同即樣本個體服從同一種分布； 步驟3、根據(jù)歸一化后的加工特征樣本計算出過程能力指數(shù)； 步驟4、根據(jù)計算所得的過程能力指數(shù)確定加工特征的不合格品率； 步驟5、根據(jù)加工特征的不合格品率對特征的設計結構進行可加工性分析，選擇合格品率較高的設計結構； 步驟6、根據(jù)加工特征的不合格品率選擇典型工藝方案，使得零件上所有加工特征的合格品率均符合要求； 步驟7、根據(jù)加工特征的不合格品率對加工特征進行檢測必要性分析，避免100%檢測，提聞檢測效率。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述建立加工特征樣本的方法為: 步驟1、選定加工特征的某個質量特性值，所述的質量特性值的公稱尺寸不同，但公差等級和加工工藝相同； 步驟2、計算不同公稱尺寸質量特性值的標準差、公差以及標準差與公差的比值； 步驟3、判定標準差與公差比值是否為常數(shù)，若為常數(shù)，則將這些質量特性值歸為同一加工特征樣本。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述加工特征樣本歸一化處理包括以下步驟: 步驟1、進行公稱尺寸轉換； 步驟2、進行公差轉換； 步驟3、進行方差一致性檢驗； 步驟4、均值一致性檢驗。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述基于加工特征樣本計算過程能力指數(shù)包括以下步驟: 步驟1、計算無偏移雙側規(guī)范情形下的過程能力指數(shù)； 步驟2、計算無偏移單側規(guī)范情形下的過程能力指數(shù)； 步驟3、計算有偏移情形下的過程能力指數(shù)。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)加工特征的不合格品率對特征設計結構進行可加工性分析的方法為: 步驟1、獲取加工特征列表； 步驟2、獲取加工特征的質量特性值列表； 步驟3、查詢質量特性值在采用不同加工工藝時的過程能力指數(shù)Cp，判斷是否大于`1.33 ； 步驟4、若Cp大于等于1.33，則該質量特性值的不合格品率滿足要求； 步驟5、若Cp小于1.33，則判定是否有可替代結構，若有給出可替代結構。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)加工特征的不合格品率選擇零件的典型工藝方案的方法為: 步驟1、獲取加工特征列表； 步驟2、獲取加工特征的質量特性值列表； 步驟3、查詢質量特性值在采用不同加工工藝時的過程能力指數(shù)Cp ； 步驟4、選取質量特性值的過程能力指數(shù)Cp均大于等于1.33時的典型工藝方案作為實際加工方案。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)加工特征的不合格品率對加工特征進行檢測必要性分析的方法為: 步驟1、獲取加工特征列表； 步驟2、獲取加工特征的質量特性值列表； 步驟3、查詢質量特性值在采用不同加工工藝時的過程能力指數(shù)Cp ； 步驟4、當過程能力指數(shù)Cp ^ 1.67時，表示過程能力過高，零件中間狀態(tài)和最終狀態(tài)均不需檢測；當1.67>CP ^ 1.33時，表示過程能力充分，零件中間狀態(tài)不需檢測，零件最終狀態(tài)需檢測；當1.33>CP ^ 1.0時，表示過程能力一般，零件中間狀態(tài)和最終狀態(tài)均需檢測；通過中間狀態(tài)檢測獲得零件上關鍵尺寸的中間狀態(tài)，確定判定是否超差，依據(jù)超差量調整刀軌，保證關鍵尺寸最終落在設計公差范圍內；當(；〈1.0時，過表示程能力不足，零件最終狀態(tài)需要檢測，零件中間狀態(tài)也需要檢測；零件中間狀態(tài)檢測的目的是查找過程能力不足的原因，進而改進工藝或修改零件結構使得過程能力符合要求。
8.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述判定標準差與公差之比為常數(shù)的方法為: 步驟1、計算標準差在一定置信水平下的置信區(qū)間； 步驟2、計算標準差與公差比值在一定置信水平下的置信區(qū)間； 步驟3、落在置信區(qū)間內的質量特性值歸為同一加工特征樣本。
【文檔編號】G05B19/18GK103760814SQ201410043698
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權日:2014年1月29日
【發(fā)明者】李迎光, 王偉, 郝小忠, 劉長青, 王慧潔 申請人:南京航空航天大學