过程质量控制的性能评价与改进方法研究

论文摘要

广泛应用国内、外先进的质量技术和质量控制方法，对于企业改进产品质量、提高产品竞争力具有重要意义。如何利用质量工程技术，设计并生产出低成本、短周期、高质量、高可靠性的产品，由此获得竞争优势，已成为国内外广大理论研究者和实际工作者关注的问题。现代质量工程的主流是减小、抑制和控制产品实现过程中的波动。波动是导致质量问题的根本原因，如何减小和控制产品实现过程中的波动，已成为当代质量工程领域的核心内容。本文从波动理论出发，以过程为基础，以实证和仿真为手段，系统地研究了具有各种不同质量特性的产品在其实现过程中，减小和控制波动的理论、方法和实现技术。本文首先指出当今使用最为广泛的休哈特控制图存在的一些缺陷，并在常规的输出质量特性服从一元正态分布情况下，引入平均产品长度(APL)作为控制图监控效率的度量工具，对控制图的各个参数进行灵敏度分析，并由此指导各个参数的合理选择，获得常规控制图的优化设计。指数加权移动平均(EWMA)图则是一种适用于监控过程小波动的控制图方法。本文同样利用APL作为性能度量的工具，构造优化的EWMA图设计模型。这种方法是对一般的EWMA方法的一种改进，通过比较分析说明了它能更灵敏地对过程中出现的较小波动进行监控。传统的过程质量控制方法都是在假定过程输出质量特性服从正态分布的前提下进行的，但在实际应用中，存在大量非正态现象。本文在对非正态分布过程控制方法分析的基础上，引入赋权方差法作为一种分离分布的技术来构造不对称的控制线。然后利用APL作为性能度量的工具，分别建立休哈特控制图和EWMA控制图的非正态优化设计模型。多个质量特性的协同控制是保证产品质量的一个重要方面。本文在对几种常用的多元质量控制图分析的基础上，提出了一种简单的基于多点报警的多元控制图方法，这种方法能够快速地发现多元质量过程中出现的较小的波动。同时，本文提出了一种基于虚拟变量回归技术的失控信号诊断方法，能够有效解决多元质量控制图无法在出现失控信号时判断异常波动来源的问题。最后，本文讨论了对于质量特性存在自相关现象的过程，如何用残差构造EWMA图分别进行过程均值和方差的监控。通过与其它几种过程监控方法的比较，说明这种EWMA残差图在监控自相关过程时具有良好的性能。然后讨论了如何将统计过程控制(SPC)和自动过程控制(APC)进行合理的集成，形成一种有效的过程质量控制方法。本文从理论和应用两个角度为实时监控生产系统提供了切实可行的实现技术。论文提出的过程质量控制的改进方法分别适用于正态、偏态、小波动、多变量、自相关等多种情况的需要。所研究的方法将极大的改进过程控制的效率，对于提高产品质量，降低质量损失，提高企业的市场竞争力具有十分重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景与意义
• 1.2 过程与波动
• 1.3 统计过程控制（SPC）
• 1.4 控制图的性能度量
• 1.4.1 平均运行长度（ARL）
• 1.4.2 平均产品长度（APL）
• 1.5 过程监控技术的研究现状
• 1.5.1 正态过程监控
• 1.5.2 非正态过程监控
• 1.5.3 小波动过程监控
• 1.5.4 多元过程监控
• 1.5.5 自相关过程监控
• 1.6 论文的主要内容与结构安排
• 1.6.1 课题的提出
• 1.6.2 本文的研究内容及总体框架
• 1.7 本章小结
• 第二章 正态过程质量控制的性能评价与改进
• 2.1 休哈特控制图的设计思想
• 2.2 用APL进行休哈特控制图的设计
• 2.3 设计方案的灵敏度分析
• 2.3.1 均值发生偏移时的灵敏度分析
• 2.3.2 方差发生变化的情况
• 2.3.3 均值和方差都发生改变的情况
• 2.4 设计效果比较
• 2.5 设计方法的使用
• 2.6 本章小结
• 第三章 小波动过程质量控制的性能评价与改进
• 3.1 几种常用的小波动控制图
• 3.1.1 移动平均（MA）图
• 3.1.2 累积和（CUSUM）图
• 3.1.3 指数加权移动平均（EWMA）控制图
• 3.2 EWMA图的优化设计
• 3.2.1 平均产品长度的计算
• 3.2.2 最佳参数的选择
• 3.2.3 设计效果比较
• 3.3 改进的EWMA图的使用
• 3.4 本章小结
• 第四章 非正态过程质量控制的性能评价与改进
• 4.1 赋权方差（WV）方法
• 4.2 非正态休哈特图的优化设计
• 4.2.1 控制方案的设计
• 4.2.2 灵敏度分析
• 4.2.3 偏态休哈特图最优设计与一般方法的比较
• 4.2.4 偏态情况最优设计的使用
• 4.3 非正态总体下的EWMA图
• 4.3.1 非正态EWMA图的构造
• 4.3.2 平均运行长度的计算方法
• 4.3.3 非正态EWMA图的设计方法
• 4.3.4 监控效果比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 多元过程质量控制的性能评价与改进
• T²图'>5.1 Hotelling^T2图
• 5.2 多元小波动控制图
• 5.2.1 MCUSUM图
• 5.2.2 MEWMA图
• 5.3 基于多点报警的多元控制图
• 5.3.1 平均运行长度的计算
• 5.3.2 使用案例
• 5.4 效率分析与比较
• 5.5 基于虚拟元回归的失控信号诊断
• 5.5.1 二元质量控制的诊断方法
• 5.5.2 多元质量控制的诊断
• 5.5.3 一个二元质量控制的诊断算例
• 5.5.4 诊断方法比较
• 5.6 本章小结
• 第六章 自回归过程质量控制的性能评价与改进
• 6.1 自相关过程的时间序列拟合模型
• 6.1.1 AR模型
• 6.1.2 MA模型
• 6.1.3 ARMA模型
• 6.1.4 模型识别和参数估计
• 6.2 用残差消除过程自相关
• 6.3 EWMA残差控制图
• 6.3.1 过程均值的EWMA残差图
• 6.3.2 过程方差的EWMA残差图
• 6.3.3 EWMA残差控制图的应用
• 6.3.4 几种残差控制图的比较
• 6.4 反馈过程调整
• 6.5 反馈调整后的过程质量监控
• 6.5.1 MMSE调整后的监控
• 6.5.2 PI调整后的监控
• 6.5.3 监控效率分析
• 6.5.4 算例
• 6.6 本章小结
• 第七章 结束语
• 7.1 本文的内容总结
• 7.2 本文的创新之处
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢