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SPC控制图在航天产品研制中的应用

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摘要:依据统计过程控制(SPC)控制图原理,运用X軍-R(均值-极差控制图)和X-Rs(单值-移动极差控制图)对某批次生产的陀螺组合零偏数据的一致性和稳定性进行分析,判读产品研制过程质量受控情况。通过案例分析,SPC控制图有助于小批量航天产品研制过程中的质量把控。

关键词:航天产品;数据分析;SPC控制图

引言

随着我国航天产业的不断发展,我国对航天器的需求量逐步增加。为降低卫星产品的研制成本,国家倡导了卫星平台化、单机产品型谱化,单机产品的生产模式从研制型,逐渐转变成为多品种、小批量的研制模式。如何保证单机产品的质量稳定性和技术状态一致性成为影响单机研制任务成功的关键因素。SPC控制图是通过对生产过程或工序的质量特性进行测定、记录,从而实现对生产过程进行监测和控制的一种质量工具。在小批量航天产品的研制过程中,可以通过几类控制图结合的方法,对产品指标参数的波动情况进行跟踪。跟踪产品研制过程中重要参数变化,确定正常波动的范围,对生产过程起到早期报警的预防作用,并且通过随时观察控制图,来了解指标的波动情况,减少对常规检测的依赖性。本文以小批量陀螺组合研制过程中零偏数据为样本,结合SPC控制图,对零偏数据进行了分析研究,确保产品质量可靠,指导后续产品的研制生产。

1控制图原理

控制图(ControlChart)是对过程质量特性值进行测定、纪录、评估,从而监察过程是否处于控制状态的一种用统计方法设计的图,图中有中心线(CentralLine,CL)、上控制线(UpperControllimit,UCL)和下控制线(LowerControllimit,LCL),并有按时间顺序抽取的样本统计值数值的描点序列。如图1所示。UCL和LCL统称为控制线(Controllines)。若控制图中的描点落在UCL与LCL之外或描点在UCL与LCL之间的排列不随机,则表明过程异常。控制图可用以直接控制与诊断过程。当一个过程达到了可以认可的状态以后,即统计稳态和技术稳态,就从分析用控制图阶段进入了控制用控制图阶段。控制用控制图阶段的目的是保持稳态。将分析用控制图的控制界限延长作为控制用控制图,利用控制用控制图对过程进行实时控制,对每一组新收集到的数据,运用判异准则来判断过程是否异常,即过程的总体参数是否发生变化。如果出现异常,说明过程的稳态被破坏,需要调整恢复稳态。常规计量值控制图有以下四种:(1)X軍-R:均值-极差控制图。对于计量数据而言,这是最常用最基本的控制图。它用于控制的对象为长度、重量、强度等计量值的场合。X軍控制图主要用于观察正态分布的均值的变化,R控制图用于观察正态分布的分散或变异情况的变化,两者联用可以观察正态分布的变化。(2)X軍-s:均值-标准差控制图。与X軍-R图相似,只是用标准差s图代替极差R图。当样本量较大时,极差估计效率降低,需要应用s图。(3)Me-R:中位值-极差控制图。也与X軍-R图相似,是用中位数Me图代替均值X軍图。由于中位数确定比均值更简单,多用于现场需要把测试数据直接记入控制图进行控制的场合。(4)X-Rs:单值-移动极差控制图。主要用于对每一个产品都进行检验,采用自动化检测的场合,取样费时、昂贵的场合,以及如化工等气体与液体流程式过程,产品均匀的场合。它不像前三种控制图取得较多的信息,所以用它判断过程变化的灵敏度也要差一点。

2航天产品统计过程控制分析

某批次生产了3台陀螺组合,从产品完成调试到产品交付验收经过了若干项筛选试验和环境试验考核,试验后测试陀螺零偏,因此将陀螺零偏作为统计过程的控制对象,如表1所示。陀螺组合产品规范期望的标准值有:零偏ω0=8.25°/h,标准差σ0=0.14在产品研制过程中,需要观察每只陀螺的零偏的变化情况,并分析该批次陀螺组合零偏稳定性。根据前面章节的介绍,可以发现X-Rs单值-移动极差控制图和X軍-R均值-极差控制图适用于该产品的过程数据分析。X-Rs单值-移动极差控制图适用于一次只能测得一个数据,或由于产品质量特性比较均匀,一次只需测量一个数据的情形。使用时先作Rs图,在Rs图判稳后,再作X图,分别在X与Rs控制图上描点,根据点的分布与变化趋势来判断指标是否处于受控状态。X控制图用来观察分析参数X的即时变化情况,Rs控制图主要是跟踪观察分析历次测试参数离散波动变化情况。X軍-R均值-极差控制图是获得工序情报最多的一种控制图,计量值先作适当的分组,求出每组的极差R和每组的平均值X軍。X軍图与R图分别用于判断生产过程的均值与极差是否处于或保持在所要求的受控状态。两图同时使用可以实现有效控制生产过程的目的,当样本较多时则可选用X軍-S控制图。以下应用单值-移动极差控制图和均值-极差控制图分析本批次陀螺组合零偏数据的质量情况。

2.1X-Rs控制图以01#陀螺组合的X轴陀螺零偏(共10个样本)为例,分析其零偏和移动极差。首先计算陀螺零偏的移动极差,如表2所示。参照GB/T4091-2001《常规控制图》,查表可知控制图参数:d2=1.128,D1=0,D2=3.368首先计算Rs控制图参数:CL=d2×σ0=0.158UCL=D2×σ0=0.516LCL=D1×σ0=0绘制Rs控制图如图2(a)所示。移动极差控制图显示X陀螺零偏为统计控制状态,进一步绘制单值控制图。CL=X軍=8.25UCL=X軍+3×σ0=8.67LCL=X軍-3×σ0=7.83制作X控制图如图2(b)所示。由此可见,X陀螺零偏在研制过程中零偏数据稳定,一致性较好,质量受控。同理,可以对本批次其余8只陀螺的研制过程零偏稳定性进行判读。

2.2X軍-R控制图使用X軍-R控制图对本批次3台陀螺组合的零偏(共9组样本)情况进行分析。首先计算各个轴陀螺的零偏均值和极差,如表3所示。表中子组大小n=10,参照GB/T4091-2001《常规控制图》,查表可知控制图参数:A=0.949,d2=3.078,D1=0.687,D2=5.469;计算R控制图参数:CL=d2×σ0=0.431UCL=D2×σ0=0.766LCL=D1×σ0=0.096R控制图如图3(a)所示。由图可知,各轴陀螺零偏的R控制图判稳,进一步绘制均值控制图。参数如下:CL=X軍=8.25UCL=X軍+A×σ0=8.38LCL=X軍-A×σ0=8.12均值控制图如图3(b)所示。由此可见,本批次3台陀螺组合零偏在研制过程中过程的变异度与均值均处于稳态,质量稳定。

3结束语

航天产品研制过程中要通过各类试验验证,运用SPC控制图技术对产品的关键参数分析、控制,可以实现对产品质量的控制,还能提炼出产品的性能数据包络线,提升后续产品的数据一致性和质量稳定性。随着信息化技术在航天企业应用的不断加深,在小批量产品研制过程中,MES系统结合SPC控制图技术对重要参数运用控制图分析,可以及时发现异常波动,从而进行有效地控制,确保产品研制过程的状态受控,预防不合格的发生,从而提升航天产品的质量和生产效率。

参考文献:

[1]于献忠.质量专业理论与务实[M].中国人事出版社,2004.

[2]沈朝霞,刘剑,贺伟炜,等.SPC技术在航天产品质量控制上的应用[J].制导与引信,2006.

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[5]孙璐璐,杨彦明,崔健.浅谈控制图在飞机完好率控制中的应用[J].航空维修与工程,2013,4.

[6]李东东,张增阳,林德健,等.航天型号用原材料数据包络分析[J].导弹与航天运载技术,2014(2).

作者:李剑文 卢雍卿 李建勋 单位:上海交通大学

航天制造技术杂志责任编辑:张雨    阅读:人次