现代质量工程-课程设计(共41页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上机 电 工 程 学 院 现 代 质 量 工 程 课 程 设 计 学 院： 机电工程学院 班 级： 2009工业工程 姓 名： 李盛华 王伟峰 陶海杰 柴胜蓝 指导老师： 庞继红 设计日期： 2012年6月11日 - 22日 温州大学机电工程学院 制目录1 绪 论1.1 课题背景及研究意义1.1.1 课题背景在日益激烈的市场竞争环境中，质量无疑是企业生存和发展的根基。制造过程质量是保证产品质量的重要环节，它在很大程度上影响产品最终质量，因此对制造过程质量进行控制具有重要意义Error! Reference source not found.。1.1.2 研究意义本文着眼

2、于机械制造过程的质量控制，以生产车间为背景介绍 SPC 质量控制方法，以及SPC 方法的统计过程管制基础理论，并以阶梯轴和长方块的尺寸质量为研究对象，阐述了如何运用X_bar-R（平均值极差）控制图并结合相关的抽样技术和质量管理技术，对阶梯轴和长方块的尺寸进行数据的采集、分析、控制、改进来提高产品的质量和降低成本。1.2 加工过程质量控制阐述1.2.1 质量的定义随着时代的发展和科学技术的进步，质量的概念也在不断地完善和发展。我国国家标准GB/T19000：2008(国际标准ISO90000:2005)对质量定义是：一组固有特性，满足要求的程度。美国著名质量管理学家朱兰认为:“质量是由两项因素

3、综合而成的,即:第一项因素是吸引顾客并满足其需要的特征;第二项因素是免于不良,从而避免顾客的不满。”Error! Reference source not found.1.2.2 加工过程质量控制产品加工过程是一个典型的复杂加工系统，涉及多技术多学科多领域，具有多因素多变量高非线性高耦合性等特性Error! Reference source not found.，而且大多数产品又都是由一个多源多工序多工位多工步过程加工完成的,这些都给加工过程质量预防控。制活动带来了难题。加工过程质量控制技术研究，一直是专家和学者研究的重点。本文从统计角度看，由统计过程控制 SPC ( statistica1

4、Process Control ）对产品的质量进行研究、改进。统计过程控制可以有效的减小和控制制造过程中的质量波动，它主要应用统计技术对生产过程进行监控，并对生产过程中的异常趋势做出预警，以便生产管理人员及时采取措施，消除异常，恢复生产过程的稳定Error! Reference source not found.。2企业概况该企业建筑面积超过18 000 平方米, 其中基础实验室3 000多平方米, 生产制造车间4 000 多平方米, 设备资产总值1 300 多万元。3问题分析对现有产品的合格率进行分析：全检项目发现的不合格品立即返工或弃置处理；返工和弃置就增加了产品的成本，是产品质量的重大敌

5、人，这种成本是内部损失成本，减低这类成本是提高产品利润的重要手段。全部产品全检的合格率：长方块合格率=22.69% ；阶梯轴合格率=61.02%;从上述全检结果分析，解决产品合格率低下是接下来最主要的问题3.1现场调查为了提高阶梯轴和长方体的一次投入产出合格率，成立了质量控制小组，调研相关测试，对阶梯轴整和长方块个加工工艺过程进行分析，阶梯轴加工工艺流程：车轴端面粗、精车外圆20mm和15mm粗精车左边外圆精车外圆15mm*30mm，倒角C1；长方块加工工艺流程：粗、精铣高19.5mm粗、精铣宽19.5mm粗、精铣长101mm。4长方体质量解决方案4.1长方体质量识别关键过程为了寻找出现废品的

6、原因，对45件长方体各加工工序的一次台格率进行测试，以分析哪些加工工序是影响质量的主要原因，哪些加工工序是影响质量的次要原因，这样有利于抓住解决问题的主要环节。对长方体加工工序的一次合格率测试数据见表1。表1 长方体加工工序的一次台格率测试值序号工序名称测试数/根合格数/根合格率1粗、精铣高19.5mm453475.56%2粗、精铣宽19.5mm453884.44%3粗、精铣长101mm451635.56%合格率M=75.56%84.44%35.56%=22.69%对各个工序共产生的32件不合格品制成不合格品表2，并绘制排到图。在Minitab的工作表中，把“长方体加工工序的一次不合格数据”中

7、的“工序名称”一列，以及“不合格品数”一列键入，见图1。表2长方体加工工序的一次不合格数据工序名称不合格品数/根累计不合格品数/跟累积百分数 粗、精铣长101mm292963.04%粗、精铣高19.5mm103984.78%粗、精铣宽19.5mm746100.00%图1 Minitab的数据导入4.2长方体质量确定关键变量在Minitab里面选择: 统计 质量工具 Pareto 图，得到长方体加工工序的不合格品排列图，如图2所示。排列图又称为帕累托图，它是将质量改进项目按照其发生频次从高到低进行排列的一种简单的图示技术。排列图由一个横坐标、两个纵坐标、几个按高低顺序排列的矩形和一条累计百分比折

8、线组成Error! Reference source not found.。通过对各质量项目发生频次累计百分比的分析，找出影响质量的主、次要原因，以达到用最少的成本获得最佳的改善效果的目的Error! Reference source not found.。如图2 长方体加工工序的不合格品排列图可见，对长方体的粗、精铣长是长方体质量的A类因素，即为主要因素。4.3长方体质量制定过程的控制计划和控制标准找出主要原因之后，对长方体的“粗、精铣长”工序进行稳定性分析和工序能力指数计算，在工序在控的条件下判断工序能力指数是否满足要求以确定是否需要进行改进长方体长度的目标指标为：101mm，最大不得超过

9、101.1mm，最小不得低于100.9mm，从粗、精铣长工序中随机抽取45件产品，等到的数据表见表3。表3 粗、精铣长工序的样品数据表序号第一组第二组第三组第四组第五组1101.18 101.18 101.20 101.20 101.18 2101.00 101.02 101.02 101.02 101.02 3101.04 101.00 101.02 101.00 101.00 4100.96 101.08 100.98 100.96 101.00 5101.10 101.10 101.10 101.10 101.12 6101.00 101.10 101.00 100.96 100.82

10、7100.94 101.00 101.10 101.02 100.90 8101.04 101.02 101.06 101.02 101.04 9101.10 101.10 101.10 101.04 101.10 10101.06 101.02 101.02 101.02 101.02 11100.94 100.92 100.94 100.92 100.90 12100.90 100.86 100.00 100.00 100.76 13101.00 101.04 101.90 101.02 101.02 14101.10 101.08 101.10 101.12 101.08 15101.0

11、0 101.10 101.04 101.02 101.10 16101.04 101.04 101.10 101.10 101.12 17101.00 101.02 101.02 101.00 101.02 18101.00 101.00 101.02 101.02 101.02 19101.02 101.02 101.00 101.00 101.00 20100.94 101.08 100.98 100.98 101.00 21101.10 100.98 101.10 101.00 100.94 22101.00 101.10 101.00 100.96 100.82 23101.94 10

12、1.00 101.10 101.02 101.90 24101.04 101.02 101.02 101.02 101.02 25101.10 101.10 101.12 101.10 101.10 26101.06 102.02 101.02 101.04 101.04 27101.94 100.92 100.98 101.92 100.90 28101.86 100.90 101.00 100.78 100.90 29101.00 101.04 101.90 101.02 101.02 30101.26 101.02 101.00 100.94 100.98 31101.00 101.10

13、 101.18 101.10 100.72 32101.80 101.10 101.00 100.90 101.00 33101.10 101.12 101.12 101.10 101.12 34101.10 101.30 101.14 101.14 101.10 35101.20 100.70 101.20 101.10 101.16 36101.00 101.06 101.16 101.00 101.10 37101.62 101.04 101.00 101.00 100.98 38100.96 101.00 100.86 101.00 101.28 39100.90 101.10 101

14、.00 100.98 101.00 40101.10 100.78 101.20 101.10 101.12 41101.16 101.06 101.30 101.06 101.30 42101.10 101.00 101.20 100.94 101.84 43101.00 101.30 100.92 101.02 101.06 44101.14 101.20 101.30 101.20 100.96 45101.00 101.06 101.24 101.00 101.48 利用Minitab中的质检工具控制图，选择统计控制图子组的变量控制图X bar-R，绘制控制图，如图3所示。控制图的主要

15、作用是:分析判断生产过程的稳定性，统计控制状态;及时发现生产过程中的异常现象和缓慢变异，预防不合格品发生Error! Reference source not found.。表3 控制工序均值、极差的控制图4.4长方体质量过程状态分析和过程能力分析在工序在控的条件下，进行工序能力分析。利用表3的数据用Minitab进行工序能力分析，在Minitab的工作表中，选择统计质量工具工序能力分析正态，得到工序能力分析图，如图4所示。工序能力分析是质量控制的基础工作，准确地进行工序能力分析，有利于了解人、机、料、法、环以及计算机软件等因素对工序质量指标的适应程度Error! Reference sour

16、ce not found.。如图4 工序能力分析图Cpk=0.04，表明工序能力严重不足。需采取措施，提高工序能力。4.5长方体质量因果分析为了找出影响长方体粗、精铣长而造成不合格品的原因。根据5M1E的原理，从人、机、料、法、测、环6个方面做出分析，并用Minitab画出因果图，如图5所示。因果图又叫石川图、特性要因分析图、树枝图、鱼刺图等，是一种同时表示质量特性波动与潜在原因的关系的一种图表。主要由结果、原因、枝干等因素构成。在质量管理活动中，尤其是在 QC 小组、质量分析和质量改进活动中有着广泛的用途Error! Reference source not found.。图5 长方体长度质

17、量因果图4.5.1长方体质量原因分析对图5列出的诸多原因进行逐项分析，找出下列2条为影响长方体长度质量的主要原因：1、操作人员操作能力太低由于操作人员绝大多数都是新员工，不熟悉铣床的操作规范，对每个工序的参数和步骤都比较陌生，需要进一步的培训。2、零件加工工序不合理一次装夹完成后，要将所加工平面粗、精铣。而操作人员在进行平面粗铣完成后，进行卸载、测量，再次装夹。严重影响基准的正确度。3、工装夹具定位加紧不合理很多员工没有运用六点定位原则，导致工件的加紧不到位，即在加工过程中出现工件的移动；另外，有员工基准面选择不正确，影响平面质量。4.5.2长方体质量制定对策计划表根据因果图的分析，针对主要原

18、因指定对策计划，见表4。表4 对策计划表序号要因项目目标措施1操作人员操作能力太低进行专门的培训2零件加工工序不合理制作标准指导书，调整加工工序3工装夹具定位加紧不合理设计新夹具改进力点，使受力稳定4.5.2长方体质量效果检查（1）测定工序能力指数。随机抽样进行了改进质量后的长方块50块，测量其长度，测定的数据如表5所示。进行长度工序能力测定，并绘制改进后的工序能力分析图，如图6所示。表5改进后精铣长工序的样品数据表序号第一组第二组第三组第四组第五组1101.00 101.02 100.96 100.94 101.00 2101.02 100.99 101.00 100.98 101.02 3

19、101.00 100.98 100.96 101.00 100.98 4101.00 100.98 101.00 101.00 100.98 5100.99 101.00 101.00 100.99 101.02 6100.96 100.98 100.96 100.99 100.99 7101.00 100.99 101.02 101.00 101.02 8101.00 101.00 100.98 101.00 101.02 9100.98 101.00 101.00 100.99 101.04 10101.02 101.00 101.04 100.99 100.99 11101.04 101

20、.02 100.99 101.02 101.02 12101.04 101.04 100.99 100.99 101.00 13101.02 100.98 101.02 100.98 100.99 14101.02 101.02 101.00 101.00 100.98 15101.00 101.00 100.98 101.02 101.02 16100.98 101.00 100.98 100.96 100.98 17100.98 100.98 101.02 101.02 101.00 18101.02 100.98 101.02 101.02 100.98 19101.00 100.98

21、100.98 101.02 101.02 20101.04 101.00 101.02 100.96 101.02 21100.98 101.02 101.02 101.02 101.02 22100.98 101.00 100.98 100.96 101.04 23101.02 101.02 101.00 101.04 101.04 24100.99 100.98 101.03 101.02 101.02 25101.02100.96 100.98 101.04 100.98 26100.98 101.02 101.02 100.99 101.00 27101.02 101.00 101.0

22、2 101.00 101.02 28101.00 100.98 101.02 100.98 101.02 29101.02 100.99 101.02 101.02 101.00 30100.98 101.04100.98 100.98 101.02 31101.00 101.02 101.04 100.98 100.98 32101.00 101.02 100.99 100.98 100.98 33100.98 101.04 101.02 101.02 101.02 34100.98 100.98 101.02 101.02 101.02 35100.96 101.02 100.96 100

23、.99 101.00 36100.98 100.98 100.94 100.96 101.0237100.98 101.02 101.02 101.00 101.00 38101.04 101.04 101.00 101.02 101.02 39101.00 101.02 100.98 101.00 100.98 40101.04 100.98 101.00 101.00 101.00 41101.00 101.00 101.02 101.02 101.04 42100.99 101.02 100.98 100.98 100.98 43100.98 101.04 101.02 101.02 1

24、00.98 44100.96 100.96 101.00 101.02 100.98 45101.00 100.98 101.02 100.98 101.02 图5 改进后长方体长度质量因果图改进后，重新收集数据进行工序能力分析，等到工序能力指数为Cpk=1.70。可见，通过质量控制分析改进了工序能力指数值并达到了目标。（2）改进前后合格率比较。改进后长方体长度加工工序的一次合格率测试值，如表6所示。表6 改进后长方体加工工序的一次台格率测试值序号工序名称测试数/根合格数/根合格率1粗、精铣高19.5mm453475.56%2粗、精铣宽19.5mm453884.44%3粗、精铣长101mm45

25、45100%合格率M=75.56%84.44%100%=63.8%可见，合格率和工序能力指数都得到了极大的提高，分别提高了41.11%和4150%。5阶梯轴质量解决方案 5.1阶梯轴质量识别关键过程 为了寻找出现废品的原因，对各加工工序的一次台格率进行测试，以分析哪些加工工序是影响质量的主要原因，哪些加工工序是影响质量的次要原因，这样有利于抓住解决问题的主要环节。对轴加工工序的一次合格率测试数据见表1（注：不合格品不流入下一道工序）表7阶梯轴加工工序的一次合格率测试值序号工序名称测试数合格品数（根）合格率（%）1粗精车右边外圆22521595.602粗精车左边外圆22522298.603粗精车

26、外圆表面22516272.004粗车左阶梯22521093.305粗车右阶梯22521796.406粗车总长225225100合格率M=95.60%*98.60%*72.00%*93.30%*96.40%*100%=61.02%对各个工序共产生的99件不合格品制成不合格品表8，并绘制排到图。轴各加工工序的不合格品数据表8 阶梯轴不合格品表工序名称不合格品数（根）累积不合格品数（根）累积百分比（%）粗精车外圆表面636363.63粗精车左边外圆36666.67粗车左阶梯158181.82粗精车右边外圆109191.91粗车右阶梯899100粗车总长099100在Minitab的工作表中，把“轴加

27、工工序的一次不合格数据”中的“工序名称”一列，以及“不合格品数”一列键入，见图6。制作帕累托图。图6 Minitab的数据导入图5.2阶梯轴质量确定关键变量 图7 阶梯轴帕累托图从上面帕累托图中可以看出，这几道工序中直径20的加工是出现不合格品的最多工序。可见粗精车外圆是影响最后阶梯轴合格率的A类因素，即主要因素，是改善重点。5.3制定过程的控制计划和控制标准找出主要原因之后，加工外圆柱面到20进行稳定性分析和工序能力指数计算，在工序在控的条件下，判断工序能力指数是否满足要求，以确定是否需要进行改进。直径的目标值是20，最大不超过20.14mm，最小不小于19.9mm，从该工序中随机抽取24组

28、数据，每组5个数据，得到如下表9表9 工序中随机样品数据表序号 观测值平均值极差120.1620.1220.1420.1420.1220.1360.04220.0820.120.120.120.1220.10.04320.0820.1220.120.1220.1420.1120.06420.1620.1220.1420.0820.120.120.08520.0820.120.120.1420.1220.1080.06620.1420.1220.1220.1420.1220.1280.02720.0820.120.120.1220.1420.1080.06820.1420.1220.1620.1

29、420.1220.1360.04920.1420.1220.1620.0420.120.1120.121020.0620.0620.0820.1820.120.0960.121120.1220.1420.1220.0820.1220.1160.061220.1420.1220.1220.120.1220.120.041320.1820.120.1420.1220.1420.1360.081420.0820.1220.120.120.120.10.041520.120.1220.1620.1220.1220.1240.061620.0820.1220.120.0620.0820.0880.061

30、720.1220.1420.1220.120.120.1160.041820.1420.1220.1620.1220.120.1280.061920.0620.0620.0820.1420.1220.0920.082020.1620.1220.1420.1220.1620.140.042120.1820.120.1420.0620.0820.1120.122220.1420.1220.1220.12020.0960.142320.0420.12020.1420.1220.080.142420.1420.1220.1620.1220.1220.1320.04利用Minitab中的质检工具控制图，

31、选择统计控制图子组的变量控制图X bar-R，绘制控制图如图8所示。 图8 控制工序均值、极差的控制图对上图进行判断，工序在控。5.4过程状态分析和过程能力分析在工序在控条件下，进行工序能力分析。利用表3的数据用Minitab进行工序能力分析，在Minitab的工作表中，选择统计质量工具工序能力分析正态，得到工序能力分析图，如图9所示。如图9 工序能力分析图Cpk=0.28，表明工序能力严重不足，需要采取措施来提高工序能力。根据以上的分析，质量管理小组提出把工序能力指数提高到1以上，尽量提高合格率为目标。5.5 因果分析为了找出影响加工直径20而造成不合格品的原因。根据5M1E的原理，从人，机

32、，料，法，环，测量等六个方面做出了分析，并用Minitab画出因果图。图10 因果表导入图图11 阶梯轴因果图最后得到了影响直径20尺寸不合格的因果图。对图列出的诸多因素进行逐项的分析，找出下列影响直径加工尺寸的主要原因。1、零件加工工序不合理。加工直径20的应该作为基础尺寸在第一道工序中就加工出来，作为定位基准面，而原始工序是从粗车右边外圆开始，在粗车右侧外圆后，将右侧外圆作为粗基准，在实际加工中有侧外圆的要求要高些，显然加工顺序是有问题的。正确的加工应该是粗车外圆到20以直径20为精基准加工右侧圆柱面粗车右侧的阶梯长以直径右侧圆柱面为精基准加工左侧圆柱面加工左侧阶梯轴车平面至总长满足要求。

33、2、人员操作不当本次加工观测中人员都未进行良好的培训，对操作过程不熟悉，操作失误较多。没有操作的具体方法，出现了漏加工，过度加工，夹歪工件导致报废的。针对这种情况，该车间应该采取积极的措施，加强培训，制定加工标准。3、切削参数选择不合理。切削参数是否合理，将直接影响到零件的加工质量，由于工艺文件中未定切削参数，操作参数不合理，出现切削强力切削，刀具快速磨损。4、刀具没有及时更换。在过程能力图中，实际尺寸相对于望目值普遍偏大。在寻找原因中发现刀具刀片磨损严重。所以有几台机器应该更换刀片。制定对策计划表根据因果图的分析，针对主要原因制定对策计划， 5.6对策和改进表10 对策计划表序号要因项目目标

34、措施1零件加工工序不合理调整加工工序2人员操作不当加强培训，制定标准作业指导书3切削参数选择不合理合理选用切削参数4刀具没有及时更换定时检查设备，及时更新刀具5.7效果检查效果检查（以下数值因没有实际操作，皆为假设）将改进后的产品随机抽样得到70件产品，如下表11表11 随机抽样数据表 序号 观测值均值极差12020.0220.0419.9820.0420.0160.06219.9819.982020.0420.0220.0040.06319.8819.9820.0219.9820.0619.9840.18420.12019.9820.0219.9820.0160.1252020.1619.9

35、619.8820.0420.0080.28620.1219.9820.062020.0220.0360.147202020.0219.9820.0620.0120.08819.9820.0220.0820.0220.0220.0240.1919.9620.0419.8819.9820.0619.9840.181020.0619.8819.9820.0220.0219.9920.181120.022019.9819.9819.9819.9920.04122020.0420.042020.0420.0240.041319.9819.9820.0219.9820.0219.9960.041420.0

36、220.0620.0220.042020.0280.06图12 改善后的工序能力分析图改善后，重新收集数据进行工序能力分析，得到工序能力指数为Cpk=0.71.有了显著提高。前后合格率比较。表12 改进后加工轴一次合格率测试值 序号工序名称测试个数合格数合格率1粗精车外圆500465932粗精车左边外圆500490983车左边阶梯500490984粗精车右边外圆500485975车右边阶梯500495996车平面到总长500500100M=0.93*0.98*0.98*0.97*0.99*1=85.7%可见，合格率和工序能力指数都有了显著地提高，Cpk从0.28到0.71，合格率从61%到85

37、.7%.质量管理小组的目的基本实现。6方案评价通过运用排列图、控制图、工序能力分析和因果图，针对长方体和阶梯轴加工工艺中的关键过程的控制和关键问题的分析改善，最后制作了标准作业指导书后，重新进行核算。从而得出，合格率和工序能力指数都得到了极大的提高，长方体的合格率提高了41.11%，工序能力指数（Cpk）从0.04提高到1.70。阶梯轴工序指数（Cpk）从0.28到0.71，合格率从61%到85.7%。质量管理小组的目的基本实现。7质量功能部分课程设计内容一级圆柱齿轮减速器是在工业中运用很广泛的动力传达机构，包括两个齿轮、两根轴、四个轴承座及轴承、一个支架，各种连接螺栓、输出输入。一般来说，一

38、级圆柱齿轮减速器不仅有具有良好的传动性能，而且具有良好的抗弯曲强度、强度要求等。用QFD方法对其质量改进和质量控制，以实现最快的速度，最低的成本和优良的指令满足顾客的最大需求。7.1顾客需求 通过信件和询问调查的方式，获取到了大量的使用一级圆柱齿轮减速器顾客需求信息。整理分析为：经济性、维修性、可靠性、功能要求。7.2产品规划 齿轮规划举证用于将顾客需求转化为技术需求，并分别从顾客和技术角度对现有同类产品进行评估，配置关系矩阵的取值，确定各技术的目标值，计算各技术需求的重要度，以及确定零件配置阶段所需要的技术要求7.2.1.顾客需求到产品技术需求的转换对于与顾客需求无关或相关性很小的技术要求，

39、不必配置到质量屋中。所确定的技术要求要能覆盖顾客需求，也就是说，这些技术需求若都能实现，顾客需求也就相应地全部满足。表13 一级圆柱齿轮减速器顾客需求表功能要求物理特性外形尺寸小结构坚固抗振动能力强抗弯曲能力强环境适应能力强外观光洁、美观噪声小承载能力高经济性价格价格适中效率传动效率高维修性维修维修简便互换性互换性强可靠性安全性安全可靠寿命使用寿命长7.2.2.关系矩阵的确定在顾客需求和技术都确定下来以后，可以配置两者的关系矩阵。采用一组符号来表示股扩容需求之间的关系，用表示两者中间有“强”关系，即改善某个技术需求与满足其对应的顾客需求强相关；用表示两者之间有“中等”的关系，表示两者之间有“弱

40、”关系。在确定顾客需求与技术需求之间的关系的时候，应该重视理论分析和实际经验相结合，并充分重视企业的质量保证现状和能力，以便准确的确定顾客需求和技术需求之间的关系是“强”、“中”、“弱”，关系矩阵位于质量屋的中央。7.2.3.顾客竞争性分析（1）与其他企业的一级圆柱齿轮减速器顾客满意度的竞争分析。与其他厂家的天线在满足顾客需求上进行的评价，以及反映本企业现有天线的优势和弱点以及需要改进废人地方，用数字15表示顾客对各项技术需求的满意度，其中5表示非常满意；1表示非常不满意。经过调查，把本企业的天线与国内外相关企业的同类产品进行比较，比较结果在质量屋的右部。（2）确定顾客需求的重要程度。经过研究，确定顾客对各技术需求的重要程度，用数字19表示，结果在质量屋的右部。7.2.4.技术评估（1）与其他企业的技术水平进行评估。表14一级圆柱齿轮减速器技术需求表序号技术需求序号技术需求序号技术需求1外形尺寸6传递性能11可靠