SPC技术及其在胎圈钢丝制造中的应用

48 橡胶 工业 2008年第55卷 SPC技术及其在胎圈钢丝制造中的应用 徐光冰，高齐圣，李 强，王冲林 (青岛大学自动化工程学院．山东青岛 266071) 摘要：介绍统计过程控制(sPc)的原理及其在胎圈钢丝制造中的应用。sPc技术遵循预防为主的原则，应用有关 统计方法捕捉生产过程中的质量波动先兆，通过对生产过程的监控及时消除造成产品质量异常的因素，使产品质量处 于受控状态。SPC技术可用来分析胎圈钢丝制造过程的稳定性及过程能力指数，查找出造成数据波动的原因，保证生 产过程和产品质量控制。 关键词：统计过程控制；胎圈钢丝；质量控制 中图分类号：TQ330．38+9；()213．1文献标识码：B 文章编号：looO一890X(2008)01-0048一05 轮胎是现代运输工具的重要组成部分，对轮 胎组件质量的控制及优化设计是轮胎制造业的重 要工作 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 。胎圈钢丝是轮胎必不可少的增强材 料，可防止因气压或外力引起的轮胎变形，起到安 全固定的作用。胎圈钢丝的质量控制对轮胎整体 性能有重要影响。本文主要介绍统计过程控制 (StatisticalProcessControl，简称SPC)技术原理 及其在胎圈钢丝生产过程控制中的应用。 l SPC的定义 SPC理论源于20世纪20年代，以美国质量 大师ShewhartWA博士发明控制图为标志，自 创立以来即在工业和服务等行业得到推广应用。 IS09000族质量体系和QS9000及IS0／TS 16949也将SPC作为一项重要工具。 SPC是为了贯彻以预防为主的原则，应用有 关的统计方法(如控制图等)在过程中的各个阶段 捕捉异常质量波动的先兆，并对其进行评估和监 察，为质量管理提供信息和依据，并采取科技手段 保证产品与服务质量满足要求。 SPC是质量 管理体系 怎么建立质量管理体系环保管理体系it运维服务管理体系质量体系程序文件项目安全生产管理体系 中统计技术应用的重 要方面，是建立和运行质量体系中最重要的工作 内容，也是保证质量管理体系有效运行的重要措 施。IS09000：2000对质量控制的定义为：“质量 基金项目：国家自然科学基金资助项目(70571041) 作者简介：徐光冰(1980一)，男，山东德州人．青岛大学在读硕 士研究生，从事产品设计与质量工程方面的研究。 控制是质量管理的一部分，致力于满足质量要 求”，并将应用包括统计技术在内的“过程方法”作 为质量管理的八项原则之一。 2生产过程的波动性 在产品(包括硬件、软件、流程性 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 和服务) 生产条件不变的情况下，产品的质量特性也不会 完全相同，具有波动性，即产品质量的变异性。造 成波动的原因是人、机、料、法、环、测量(5M1E) 等因素每时每刻的变化。 影响产品质量变异的因素分为正常因素和 异常因素。正常因素又称随机因素或偶然因 素。由正常因素造成的质量变异称为正常质量 变异或正常质量波动。由于正常因素是始终存 在且不可能完全消除的，因此正常质量波动永 远存在于过程之中。质量管理要求将正常波动 限制在合理范围内，即质量特性波动范围能保 证满足顾客的要求和期望。减小正常质量波动 的幅度需对过程采取系统措施，需要投入较高 的成本。异常因素又称系统因素，它对质量特 性影响大，时有时无，并且是可以控制的。这个 控制过程就是过程质量控制的首要任务。由异常 因素造成的质量变异称为异常质量变异或异常质 量波动。 质量管理要求在任何过程中应杜绝异常质量 波动的发生。通过对5M1E的分析可以消除异 常因素，从而使质量特性受控。 万方数据 第1期 徐光冰等．SPc技术及其在胎圈钢丝制造中的应用 3 sPc原理与常规控制图 3．1 原理 SPC的理论基础是中心极限定理和3盯原则。 在正态分布重要结论中认为在卢±3盯(∥为分布数 据的均值，d为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 差)范围内包含质量数据的 99．73％，如果能够控制住这99．73％的质量数 据，就可以认为过程基本上是受控的。 3．2常规控制图 常规控制图是给定的子组特性值与子组号对 应的一种图形，它包含一条中心限(L。、)，作为所 绘点特性的基准值。在评定过程是否处于统计控 制状态时，此基准值通常为所考察数据的平均值。 常规控制图还包含由统计方法确定的两条控制 限，位于中心限的两侧，称为上控制限(L。。．)和下 控制限(L。．。)[1]，如图1所示。 上控制限(L。。)八M／ 戽心限(L。)V＼／厂 下控制限(LLc) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 子组号 图1常规控制图 在控制图中，若描点落在Lu。与L。．。范围之 外，或描点在Lu。与LLc之间排列不随机，即呈现 某种模式，说明过程出现异常，此时执行控制图中 异常处理的20字方针，即“查出异因，采取措施， 保证消除，纳入标准，不再发生”。 3．3控制图的分类 控制图按用途可分为分析用控制图和控制用 控制图两大类。分析用控制图用于对已经完成的 过程进行分析或确认，控制图表明发生异常时，说 明过程已偏离稳定受控状态。当确认过程达到既 处于统计稳态(过程处于统计控制状态)又处于技 术稳态(过程能力达到一定水平)时，将分析用控 制图的控制界限延长转换为控制用控制图，对过 程实施日常质量控制，如图2所示。 3．4使用控制图的风险 使用控制图分析工序状态易犯两类错误，第 图2分析用控制图与控制用控制图关系示意 一类错误(也称弃真或生产方风险)是状态受控， 但有某点由于偶然原因落在控制限之外而得出过 程失控的结论。此类错误将导致对原不存在的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 无谓寻找原因而增加费用。第二类错误(也称 取伪或接收方风险)是状态失控，但所产生的点由 于偶然原因仍落在控制限之内而得出过程仍处受 控状态的结论。此时由于未检测出不合格品而造 成损失。扩大控制限会增大犯第二类错误的概 率，而减小控制限会增大犯第一类错误的概率。 当采取3盯原则确定控制限幅度时，两类错误的概 率总和最小。 3．5常规控制图类型 常规控制图共有8种，应用程序基本相同，只 是适用范围和目的不同。 计量值数据可以使用X-R(X为均值，R为 极差)控制图、X—S(S为标准差)控制图、X—R(X 为中位数)控制图和X—Rs(R。为移动极差)控制 图。各控制图的中心限和上下控制限不同。 叉一R控制图和叉一S控制图是在线统计过程 监控和控制技术中最重要和应用最广泛的，它们 对过程异常具有较高的检出能力。在对分布中心 ∥实施控制时，采用X—R控制图检出能力较强， 对标准差d实施控制时，采用又一S控制图检出能 力较强∽j。 一般来说，在出现以下两种情况时，X—S控制 图优于X-R控制图[3]。 (1)每组样本观察值个数(”)较大，如押大于 10或12。 (2)村不是常数，是变化的。 万方数据 50 橡胶 工 业 2008年第55卷 有的情况下，例如产品的生产率较低时，村只 能取1，此时X—R。控制图非常有用。 X—R控制图因检出能力较低等原因，应尽可 能避免采用。 计数值数据可以采用的控制图有P(不合格 品率)图、P。(不合格品数)图、U(每单位缺陷数) 图和C(检验批不合格数)图。 3．6样本组数与观察值数目 实际生产中，常常不知道卢和盯。因此必须 在认为过程是受控的情况下对卢和d进行估计。 估计通常要依据20～25个样本。同时，每个样本 中观察值的数目为3，4或5个。 3．7 X氓控制图控制限 对于X—R控制图的上下限有以下规定。 X控制图的控制限： Lu(、一X+A2R LIr—X—A2R L(、一X R控制图的控制限： Luc一良D4 Ll。c一灭D3 Lc一良 式中，叉为几个样品均值的平均值；良为极差的平 均值；A：，D。和D．，为因数，可查表得到。 4过程能力指数 过程能力指数是判断过程能力大小的一种方式。 当X—M时，有 ，、 T 乙P一丽 良。 S d一万甄盯一百 当X≠M时，有 e=f又一MIcPK_警 其中，M为质量特性目标值，T为LUc与L。．。的 差，S为标准差的平均值，CP和C，。分别为叉符 合质量特性目标值和不符合质量特性目标值时的 过程能力指数，d：和C；为因数，可查表得到。 Cr或C，。越大说明过程能力越好，对不同情 况的过程能力指数采取不同的对策。 表1示出了过程能力等级及对策。 表l过程能力等级及对策 5胎圈钢丝生产过程控制 下面对胎圈钢丝的直径进行统计过程控制。 钢丝直径要求为(1．60±o．02)mm。生产中 使用X—R控制图对拉丝机的生产过程进行控制， 以分析拉丝机的生产能力。 每天8：00，10：00，13：00和15：oo抽取样本， 使用螺旋测微仪测量直径，每个样本抽取5件。 测试记录见表2。 根据测试结果计算上下限，在统计质量控制 系数表中查到对于每组样本的观察值为5时的因 数如下：D3=o，D1—2．115，A2一o．577。 表2钢丝直径测试记录 mm 万方数据 第1期 徐光冰等．SPc技术及其在胎圈钢丝制造中的应用 根据上下限和中心限及表2中的数据绘制 X-R控制图。需要说明的是，采用手工制图时， 首先要绘制R图，如果R图表明过程是受控的， 再绘制X图。这是由于在X控制图控制界限计 算公式中，需要使用R数据。如果R没有判稳，R 数据不能使用。 用Minitab和Minidata等应用软件可以方便 地进行数据的SPC分析，图3所示为Minitab的输 出结果。在判异过程中使用了全部8个判异准则， 有两个点不符合规则，分别是第9个样本(判异准 则2判断)和第25个样本(判异准则5判断)。 图3 Minitab软件输出的钢丝直径的j湖曲线 从输出曲线可以看出，叉随时间的推移有增 大的趋势，此时要查找过程的异常情况。调查发 现：拉丝机的模具使用时间过长，出现磨损，在生 产过程中拉丝直径过大。因此需及时更换拉丝机 模具。 利用Minitab软件分析过程能力指数，输出 结果如图4所示。 控制界限，并绘制X_R控制图，第23组数据仍有 异常，再次舍弃后计算控制界限，绘制控制X-R 图，此时过程受控。 更换拉丝机模具后，在5天内重新采集20个 样本(如表3所示)，绘制的露R曲线如图5所示。 由图5可以看出，此时过程处于受控状态， C，。为1．63，说明此时的过程能力是充足的，应该 保持。 表3重新采集的钢丝直径测试记录 mm 图5模具更换后重新采集数据输出的叉_R曲线 图4钢丝生产过程能力分析界面 此时C，。仅为o．65，而C，为1．16，说明样本6结语 均值与目标均值有很大偏差。 通过实例说明了SPC在胎圈钢丝制造过程中 将样本9和．25数据舍弃，重新计算再R的的应用。研)C技术在国外轮胎制造业中应用非常 万方数据 橡胶 工 业 20(18年第sj巷 广泛，而在我国应JH很少。在产品质量和可靠性日 益重要的今天，sP(?技术应大力推广普及。 参考文献： [I]GB／T409l200J，常舰控制图[s]． 制备抗静电免处理胶辊的 共混物和加工方法 中图分类号iTQ336．”1}I’q333．7文献标识码：1) 由黄顺道申请的专利(专利号 CN 1276948，公开日期2005一03一02)“制备抗静电免 处理胶辊的共混物和加工方法”，涉及的抗静电免 处理胶辊的共混物配方为：羧基』‘腈橡胶(甲基丙 烯酸质量分数为o．ol～o．08)90～loo，改性剂 o～10．抗静电填充剂20～50，抗静电补强剂 Io～60，促进剂DM／CZ／TMTMo．3～3，醚 类／酯类抗静电增塑剂 5～40，硫黄l～lo，氧 化锌 5～lo。胶辊的加工工艺为羧基丁腈橡胶 和改性剂经塑炼、过滤、机械化学改性后进行混炼 和过滤加工，然后经挤出、铝管处理、成型、硫化 (模压或注射或硫化罐硫化)、切割、倒角、磨砺制 得成品胶辊。 (国家知识产权局专利局 宋 泳) 一种防火降噪防滑隧道路面材料的 制备方法 中豳分类号：TQ336．5文赫标识码：D 由武汉理工大学申请的专利(专利号 CN 1330707，公开日期2。06一04—19)“一种防火降噪 防滑麟道路面材料的制备方法”，涉及的防火降噪 防精隧道路面材料主要由矿料、高粘度阻燃改 性沥青和纤维混合搅拌制得[各组分质量比为 100：(6．2～6．6)：(0．425～O．533)]。矿料由集 料和填料组成，矿料的最大粒径为16mm；高粘 度阻燃改性沥青主要由基质沥青、苯乙烯一丁二 烯一苯乙烯嵌段共聚物、括化胶粉、稳定剂、抗氧剂 和沥青阻燃抑烟剂组成，各组分质量比为100： (4．40～7．32)：(1．10～9．76)：(O．18～0．45)： (o．18～o．45)：(6．64～15．25)，其中沥青阻燃抑烟 剂主要由十溴联苯醚、三氧化二锑、氢氧化铝和复 [2]__I二端芳，肖I芊店．统Lf过程扮制的策划’j实施LMJ．北‘i；小 姐经挤Ⅲ版社．2。05：】73． [3]Ixll】ghscM．TntrⅡducti呷tustatisticalQualltyc。n”r)lrMJ． NcwYork：JohnWiIey￡，Sons．，In(．，1996：239． 第4旭全围橡胶．J．业用第{物和·甜梨制料挫术研讨金i仑史 合抑炯剂组成，各组分质量比为100：(5～50)： (60～75)：(40～；o)。该产品具有防火、降噪和 防滑的特点。 (国家知识产权局专利局 宋 泳) 橡胶增强用软线及其制造方法和 使用它的橡胶制品 中图分类号：】1Q330．3H一口文猷标识码：】) 由日本板硝子株式会社申清的专利(专利号 CN1 720366，公开同期2008一ol—11)“橡胶增 强用软线及其制造方法和使用它的橡胶制品”，涉 及的橡胶增强用软线包含增强用纤维及纤维卜的 覆盖膜。该覆盖膜由含有胶乳和硫化助剂的涂敷 液形成。该橡胶增强用软线容易制造．且与以含 有甲基丙烯酸锌的氧化丁腈橡胶或其共混物为上 要成分的胶料具有较高的粘合性。 (杭州市科技情报研究所 王元荪) 橡胶粉改性沥青生产工艺及 石屑封层技术 中图分类号：TE626．8’8；X783．3文献标识码：D 由徐延庆申请的专利(专利号 CN 1733843，公开日期2006一02—15)“橡胶粉改性沥 青生产工艺及石屑封层技术”，提供了胶粉改性沥 青的生产工艺，即将一定粒径的胶粉与基质沥青 按质量比(1～3)：8混合(160～210℃)，再加入 一定量的200‘芳烃溶剂，经过40～300min的充 分反应制得胶粉改性沥青。该胶粉改性沥青用于 铺设路面并与石屑配合使用，可克服普通沥青路 面软化点低、高温稳定性差、易产生车辙和搓板等 问题以及在北方高寒地区路面易开裂和老化、对 阳光中的红外线和紫外线敏感、使用寿命短、弹性 低、抗疲劳性差和易磨耗等缺点。 (杭州市科技情报研究所 王元荪) 万方数据 SPC技术及其在胎圈钢丝制造中的应用 作者： 徐光冰， 高齐圣， 李强， 王冲林 作者单位： 青岛大学,自动化工程学院,山东,青岛,266071 刊名： 橡胶工业 英文刊名： CHINA RUBBER INDUSTRY 年，卷(期)： 2008,55(1) 被引用次数： 1次 参考文献(3条) 1.Douglas C M Introduction to Statistical Quality Control 1996 2.王毓芳;肖诗唐 统计过程控制的策划与实施 2005 3.GB/T 4091-2001.常规控制图 引证文献(1条) 1.孙艳秀.黄忠全.张颖.蔡雪兢 制造质量控制系统中的数据管理方法研究[期刊论文]-机械制造 2010(7) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xjgy200801012.aspx