質(zhì)量管理與可靠性課程設計.docx

質(zhì)量管理與可靠性課程設計說明書學院：機械工程學院專業(yè)：工業(yè)工程 班級：一班學號：14015111姓名：潘洪指導教師：張付英設計日期：2017年6月28日目錄一、課程設計目的和要求11、目的12、要求1二、設計題目21質(zhì)量控制設計題目22實驗設計題目4三、設計結(jié)果5題目一、51、尋找原因52.尋找影響精銑機梁兩外角尺平面工序出現(xiàn)不合格品的主要原因73 . 工序穩(wěn)定性分析及能力分析85.效果檢查13題目二151.尋找原因152.工序的穩(wěn)定性分析和工序能力分析153.因果分析174、制定對策計劃表19題目三191.在Minitab的工作界面創(chuàng)建正交表192.結(jié)果分析20題目四271.用正交用正交實驗表L8(24)272.結(jié)果分析29四 總結(jié)體會31五 參考文獻32一、課程設計目的和要求1、目的1）加深對質(zhì)量管理課程及統(tǒng)計學課程基礎理論和基本知識的理解。2）使學生掌握質(zhì)量管理的基本方法，正確應用質(zhì)量管理方法對質(zhì)量形成的全過程進行管理和控制。3）熟練應用常用的統(tǒng)計工具，提高解決實際問題的能力和相應的軟件使用技能。2、要求1）要求學生能利用排列圖尋找主要問題或影響質(zhì)量的主要因素，學生能用Minitab軟件繪制排列圖。2）要求學生能利用因果圖表示主要問題與影響該問題的原因，通過層層深入的研究找出影響質(zhì)量的原因，把影響質(zhì)量的主要、關鍵、具體原因找出來，從而明確所要采取的措施，并能用Minitab軟件繪制因果圖。3）要求學生能利用直方圖來顯示質(zhì)量數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，通過觀測直方圖的形狀，判斷生產(chǎn)過程的質(zhì)量水平和分散程度，判斷工序是否正常，工序能力是否滿足要求；并能用Minitab軟件繪制直方圖。4）要求學生能利用控制圖判斷工序是否處于統(tǒng)計在控的狀態(tài)，能用Minitab軟件繪制控制圖。5）要求學生掌握試驗設計法的使用條件、制定因素水平表，正交表設計，確定實驗；實驗。能用Minitab軟件進行因素、水平的定義和正交表的選擇，正確地把因素、水平填寫到正交表中，分析實驗結(jié)果。二、設計題目1質(zhì)量控制設計題目題目一、某紡織機械廠的主要產(chǎn)品之一是細紗機，也是該廠創(chuàng)效益的產(chǎn)品。該細紗機的關鍵零件是機梁，在細紗機中起著支援延伸裝置、導紗板升降裝置、鋼領板升降裝置和紗架等部件的作用，機梁的質(zhì)量將直接影響細紗機裝配質(zhì)量。機梁自身的結(jié)構(gòu)屬長向薄壁形，其長厚比達130:1，極易產(chǎn)生加工變形，而技術(shù)精度要求高，其中主要的技術(shù)特性值平面度要求0.15mm。為了減少切削數(shù)量大，每臺細紗機需要28根，每年需要67000根，機梁的好壞將直接影響該廠的經(jīng)濟效益，而現(xiàn)在的機梁質(zhì)量波動較大，返修率比較高，試用質(zhì)量控制方法來有效地提高機梁的一次合格率。題目二、某公司是一家專業(yè)制造紡織梳理器材的中外合資企業(yè)。公司的產(chǎn)品有金屬針布、彈性針布、固定蓋板針布、分梳輥與分梳輥針布、整體錫林，其中主導產(chǎn)品金屬針布和彈性蓋板針布的產(chǎn)銷售量，連續(xù)多年來在國內(nèi)同行中一直遙遙領先。公司始終堅持質(zhì)量產(chǎn)企業(yè)的生存之本。追求卓越的產(chǎn)品品質(zhì)。公司主懷產(chǎn)品金屬針布（占銷售額的65%）的原材料是5.5mm的中高碳鋼線村，線村拉拔成直徑1.0mm-2.0mm的鋼絲后進行壓扁，最后對壓扁的坯條進行連續(xù)沖齒，加要成型。在鋼絲每次拉拔后都要進行球化退火，壓扁后要進行再結(jié)晶退火，而退火硬度的均勻性、金相組織有好壞和表面成色直接影響后續(xù)加工和成品質(zhì)量。工藝流程如下圖，圖1。圖1 工藝流程圖金屬針布成品質(zhì)量的優(yōu)劣，用戶衡量指標主要有以下幾個方面：鋒利度、平整度，耐磨度、粗糙度，色差。一段時間以來，用戶反映公司金屬針布在耐磨度和色差方面存在較大的問題，包卷也存在一定的困難（影響平整度）；坯條再結(jié)晶后產(chǎn)品質(zhì)量指標（硬度、成色和金相組織）直接或間接影響到成品的質(zhì)量；熱處理工序利用井式爐，通過氮氣保護坯條進行再結(jié)晶處理，屬于特殊質(zhì)量過程，有必要對其過程能力進行一次全面測量。為此，決定成立質(zhì)量控制小組（QC小組），采用質(zhì)量管理的方法和工具進行分析和解決問題。該公司一分廠成立QC小組，本小組成員7人（見表2-1），分別為公司研究所、分廠技術(shù)人員及相關管理人員，專門針對公司和坯條熱處理過程中的質(zhì)量波動而展開各項活動，活動部定期進行。表2-1 QC小組成員情況序號姓名年齡性別職務文化程度小組職務組內(nèi)分工1龔XX34男分廠廠長碩士組長負責組織協(xié)調(diào)2朱XX34男工程師本科副組長方案編制，落實3孫XX33男工程師本科成員技術(shù)方案實施4周XX40男熱處理工長大專成員現(xiàn)場實施監(jiān)督5顧XX32男工藝員大專成員現(xiàn)場實施6許XX30男操作工高中成員現(xiàn)場實施記錄7許XX30女核算員中專成員統(tǒng)計現(xiàn)場調(diào)查：QC小組對熱處理工序井式爐再結(jié)晶退火目前存在的問題進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)近兩個月的井式爐坯條再結(jié)晶質(zhì)量缺陷見表2-2。表2-2井式爐柸條再結(jié)晶質(zhì)量缺陷分類表序號缺陷項目頻數(shù)不合格百分比（%）頻數(shù)百分比（%）累計頻數(shù)百分比（%）1硬度不足1852.9850.850.82硬度過高951.5326.176.93花斑360.589.986.84發(fā)彩280.457.794.55成色差150.244.198.66組織不好50.081.4100合計3645.86100近兩個月該工序生產(chǎn)總數(shù)為6205件，不合格率為5.86%1.試用Minitab軟件，繪制缺陷項目排列圖，確定主要問題是什么？2.用表2-3給出的柸條硬度測定數(shù)據(jù)，利用Minitab軟件對該工序的穩(wěn)定性和工序過程能力進行分析（該指標的技術(shù)要求為：190+15-10）？表2-3柸條硬度測定數(shù)據(jù)樣本號測定值樣本均值樣本標準差X1X2X3X4X5X6XS12002001951981901922185175182180190195318519020519819519341951901921951901905180185195196192194618518518218519819571901751851831801928 205190205198200198916518218216518019010195192205188185193111961851851801821901217619619220019519413195185192185198195141951981931921951901519519819319219519016195185172195198185171861851801821851831818519021519820019819198195195193180192201981922001881851952實驗設計題目題目三、某工廠一零件的鏜孔工序質(zhì)量不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)孔徑偏差較大的質(zhì)量問題，用Minitab軟件進行正交試驗設計，探討鏜孔工序加工質(zhì)量較優(yōu)的工藝條件。表2-4 因子、水平表因子水平切削速度刀具數(shù)量刀具種類進給量1302型0.702383型0.603564常規(guī)0.47題目四、為了制造一種新型的高爾夫球使其能飛的更遠，需要通過從實驗設計尋求最佳的制造參數(shù)?，F(xiàn)在已經(jīng)確定4個因素影響著高爾夫球的性能，由于實驗條件的限制，每個因素只能去兩個水平，見表13，且經(jīng)驗斷定Core material和Core Diameter有交互影響，試確定這四個因素中哪個是主要影響因素，各個因素取何水平時，使制造出來的高爾夫球能飛得更遠？表2-5因子、水平表levelfactorCore materialLiquidTungstenCore Diameter118156Number of dimples392422Cover Thickness0.030.06三、設計結(jié)果題目一、1、尋找原因1）為了尋找出現(xiàn)廢品的原因，對500件機梁各加工工序的一次合格率進行測試，以分析哪些因素是影響質(zhì)量的主要原因，那些加工工序是影響質(zhì)量的次要原因，這樣有利于找出問題的主要環(huán)節(jié)。對加工一次機梁加工工序的合格率測試數(shù)據(jù)見下表3-1表3-1工一次機梁加工工序的合格率測試數(shù)據(jù)序號工序名稱測試數(shù)/根合格數(shù)/根合格率（%）12345粗銑機梁兩外角尺平面精銑機梁兩外角尺平面銑機梁兩條小平面銑機梁兩里角尺凸肩面鉆、攻機梁兩外角尺上螺紋及孔50047337537036547337537036536094.6079.2898.6798.6598.63合格率M=94.6%*79.28%*98.67%*98.65%*98.63%=72%對各個工序共產(chǎn)生的140件不合格品制成不合格品表3-2、并繪制排列圖。在Minitab的工作表中，把“機梁各加工工序的不合格表”中的“工序名稱”一列，以及“不合格品數(shù)”一鍵列入，見圖3-3 然后選擇stat quality tools pareto chart 便會跳出如下對話框，見圖3-4。選擇Chart defect table 在 label in 里面選擇人本的一列，frequencies in 里面選擇輸入數(shù)字的一列，便可得到機梁不合格品排列圖，見圖 3-5。表3-2 機梁各加工工序的不合格品數(shù)據(jù)工序名稱不合格品數(shù)/根累計不合格品數(shù)/根累計百分數(shù)（%）粗銑機梁兩外角尺平面精銑機梁兩外角尺平面銑機梁兩條小平面銑機梁兩里角尺凸肩面鉆、攻機梁兩外角尺上螺紋及孔9827555981251301351407089.8292.8694.43100圖3-3 Minitab的數(shù)據(jù)錄入圖3-4排列圖的數(shù)據(jù)錄入圖3-5機梁各加工工序的不合格品排列圖可以看出五道加工工序中精銑機梁兩外角尺平面為出現(xiàn)不合格品最多的工序。因此，下一步要解決的問題是分析這道工序出現(xiàn)不合格品的主要原因。所采用的方法還是排列圖。2.尋找影響精銑機梁兩外角尺平面工序出現(xiàn)不合格品的主要原因取118件you精銑機梁兩外角尺平面工序所造成的不合格品進行檢測，得到精銑機梁兩外角尺平面工序不合格品表3-6，并繪制相應排列圖。表3-6 精銑機梁兩外角尺平面工序不合格品數(shù)據(jù)項目不合格品數(shù)/根累計不合格品數(shù)/根累計百分數(shù)（%）平面度0.15mm垂直度0.16mm直線度0.04mm表面粗糙度Ra2.5m厚度超差其他881575218810311011511711874.5887.2993.2297.4699.15100在Minitab里面做類似的操作可以得到精銑機梁工序不合格品的排列圖，見圖3-7。圖3-7 精銑機梁工序不合格品的排列圖可見，對平面度的工序影響精銑機梁兩外角尺質(zhì)量的A類因素，既為主要因素。3 . 工序穩(wěn)定性分析及能力分析找出主要原因后，對平面度的工序進行穩(wěn)定性分析和工序能力指數(shù)計算，在工序在控條件下判斷工序能力指數(shù)是否滿足要求，以確定是否需要進行改進。平面度的目標指標為：11*10-2mm，最大不得超過15*10-2mm，最小不得低于7*10-2mm，從精銑機梁兩外角尺平面工序中依加工次序隨機抽取50件產(chǎn)品，得到的數(shù)據(jù)見表3-8。表3-8 平面度工序穩(wěn)定性及工序能力指數(shù)測定表序號數(shù)值序號數(shù)值序號數(shù)值序號數(shù)值序號數(shù)值171182112318417214121022113211321039131023113312431341114112415341244105141592512351245116121615268369461471417132712371047138131810281038648159111913291239114912109201230940145013利用該數(shù)值繪制單值控制圖，選擇 stat control charts variable chart for individuals，可繪制出控制工序均值和方差的控制圖，見圖3-9和圖3-10，依據(jù)控制圖判斷判定工序在控。圖3-9 控制工序單值的控制圖圖3-10控制工序方差的移動極差控制圖在工序在控的條件下，進行工序能力分析。利用表3-8的數(shù)據(jù)進行工序能力分析，在Minitab的工作表中，選擇 stat control charts capability analysis normal 得到工序能力分析圖，見圖3-11。圖3-11 工序能力分析圖Cpk=0.59，表明工序能力不足，需要采取措施，提高工序能力。根據(jù)以上分析，把工序能力指數(shù)提高到1以上和根據(jù)國家標準，把機梁第一次合格率從72%提高到85%以上的目標。 4.因果分析為了找到影響機梁平面度而造成不合格品的原因。根據(jù)5M1E的原理，從人，機，料，方法，測量，環(huán)境等6方面做出了分析，并用Minitab畫出因果圖。在minitab中選擇 stat quality tools course and effect 便會跳出，見圖 3-12 和圖3-13。大原因里面只有一個小原因的，可以選擇constant直接輸入，對于大原因里面的多個小原因的先在表格里面輸成一列，在causes里面選擇。對于多重子原因的可以再sub里面再選擇。圖3-12 因果圖圖3-13 因果圖 最后得到影響機梁平面度而造成不合格的因果圖，見圖3-14。圖3-14影響機梁平面度而造成不合格品的因果圖對圖3-14列出的諸多原因進行逐項分析，找出下列五條為影響機梁平面度質(zhì)量的主要原因：1. 粗銑機梁彎曲變形由于機梁屬于長向薄壁型結(jié)構(gòu)，極易產(chǎn)生加工變形，粗銑機梁的加工變形和加工后由于堆放不當引起的彎曲變形，將對繼機梁造成直接的影響。2. 零件加工工序不合理精銑平面加工工序為先加工有平面度要求的一角尺面，后加工無平面度要求的一角尺面，這樣會造成有平面度要求的尺面二次裝夾變形，影響該平面的平面度質(zhì)量。1) 夾緊點選擇不合理。工件加緊點選擇是否合理將直接影響到工件的受力穩(wěn)定，由于夾緊力的力點設置在工件下端，因此容易引起工件受力不穩(wěn)定，影響平面質(zhì)量。2) 切削參數(shù)不合理。切削參數(shù)不合理是否合理將直接影響零件的加工質(zhì)量，由于過去工藝文件中未定切削參數(shù)，操作參數(shù)不合理，出現(xiàn)了高速切削，強力切削，產(chǎn)生熱變形和表面粗糙度增大。3) 刀具前角，修光刃圓弧R 選擇不合理。刀具前角是影響切削力大小的重要原因，由于機梁結(jié)構(gòu)上為長向薄壁形，自身剛性比較差，原來刀具的前角=0，切削抗力比較大，工件在切削時，切削阻力比較大，容易產(chǎn)生熱變形，而修光刃圓弧R，采用手工刀抹，大小不一，影響零件表面質(zhì)量。為了減少切削抗力，嚴格控制修光刃圓弧大小，必須選擇刀具前腳和修光刃圓弧R。3. 制定對策計劃表根據(jù)因果圖分析，針對主要原因制定對策計劃，見表 3-15表3-15 對策計劃表序號要因項目目標措施1粗銑機梁彎曲變形工藝規(guī)定粗銑機梁彎曲變形小于0.4mm以保證質(zhì)量2零件加工工序不合理調(diào)整加工工序3加緊力點不合理設計新夾具改進力點，使受力穩(wěn)定4切削參數(shù)不合理合理選擇切削參數(shù)5刀具前角，修光刃圓弧R不合理改進刀具前角，合理選擇修光刃圓弧5.效果檢查（1）測定工序能力指數(shù)。將進行了質(zhì)量改進后的精銑機梁兩外角尺平面加工工序再取50例產(chǎn)品，測定數(shù)據(jù)見表3-16，進行平面度工序能力測定，并繪制改進后的工序能力分析圖，見圖3-17表3-16 改進后對平面度工序的工序能力指數(shù)測定（單位：*10-2mm）序號數(shù)值序號數(shù)值序號數(shù)值序號數(shù)值序號數(shù)值11211112111311241102121213221232133212311131123133312431141314112411341244125121512251135124510613161226123611461271117112713371247138131812281338134813912191029123910491010122012301140115012圖3-17 改進后工序能力分析圖改進后，重新收集數(shù)據(jù)進行工序能力分析，得到工序能力指數(shù)Cpk=1.07?？梢娡ㄟ^質(zhì)量控制分析提高了工序能力指數(shù)值并達到了目標。（1）前后合格率比較。改進后機梁加工工序的一次合格率測試值見表3-18。表3-18 改進后機梁加工工序的一次合格率測試值序號工序名稱測試數(shù)/個合格數(shù)/個合格率（%）12345粗銑機梁兩外角尺平面精銑機梁兩外角尺平面銑機梁兩條小平面銑機梁兩里角尺凸肩面鉆，攻機梁兩外角尺上螺紋及孔500482460452446482460452446440964095.4398.2698.6798.65M=964%*95.43%*98.26%*98.67%*98.65%=87.98%可見，合格率和工序能力指數(shù)都得到了比較高的提高，設計目的得以實現(xiàn)。題目二1.尋找原因根據(jù)表2-2繪制缺陷項目排列圖，見下圖 3-193-19缺陷項目排列圖 由排列圖可以看出，主要問題：從缺陷項目排列圖上可以知道，硬度不足、硬度過高以及花斑（共占85.4）是造成缺陷的關鍵因素，應集中力量解決這三個方面的問題。2.工序的穩(wěn)定性分析和工序能力分析找出主要的原因之后，對熱處理工序井式爐再結(jié)晶退火進行了工序的穩(wěn)定性分析和工序能力指數(shù)計算，在工序再控制的條件下，判斷工序能力指數(shù)是否滿足要求，以確定是否需要進行改進。坯條硬度指標的技術(shù)要求是：190，最大不超過205，最小不低于180,。從該工序中依次加工次序隨機抽取120件產(chǎn)品，分成20組，每組6件（得到的數(shù)據(jù)為題目已知）。利用該數(shù)值繪制出控制工序均值和方差的控制圖，分析該工序穩(wěn)定性如下圖1-20。圖1-20工序穩(wěn)定性分析在工序在失控的條件下，剔除失控點，重新生成控制圖如下圖3-21：圖3-21改后控制工序均值和方差的的控制圖工序在在控條件下，進行工序能力分析得到工序能力分析圖如下：圖3-22工序能力分析圖通過以上圖，可以得知，Cpk=0.52，表明工序能力不足，需采取措施，提高工序能力。根據(jù)以上分析，質(zhì)量管理小組可以把工序能力指數(shù)提高到1以上和根據(jù)國際標準，把坯條第一次合格率提高到更多。3.因果分析為了找出影響坯條再結(jié)晶而造成不合格品的原因，根據(jù)5M1E的原理，從人、機、料、方法、測量及環(huán)境等6個方面作出了分析，畫出因果圖。圖3-23 影響金屬針布造成不合格品的因果圖對上圖列出的諸多原因進行逐項分析，找出下列6條影響金屬針布硬度大小和花斑質(zhì)量的主要因素：1.材質(zhì)選擇不合理和技術(shù)落后由于材質(zhì)含碳量對金屬硬度影響非常大，所以它的選取將對針布的硬度和花斑產(chǎn)生直接的影響；此外，技術(shù)的落后和裝備的老化影響了加工效果和產(chǎn)品的性能。2.零件加工工序不合理金屬針布坯料的退火處理在該工藝中，經(jīng)退火后的圓絲表面氧化脫碳，造成在針布后道熱處理淬火時齒尖容易脫碳而淬火不良，硬度低，金相差。3.工作角選擇不合理錫林工作角（a）是金屬針布主要技術(shù)參數(shù)之一，它的選取直接關系到花斑的產(chǎn)生4.工人技能水平欠缺和環(huán)境差工人的熟練度和操作工序的水平將會很大程度影響到產(chǎn)品的性能，而且勞動強度大，加上工作場地燥熱（熱處理車間）、場地狹小等不良的環(huán)境因素，故從人因工程的角度分析，這些都與質(zhì)量水平關系密切。5.淬火方式不合理現(xiàn)在普通采用的是金屬淬火馬氏體粗化，這使得金相組織怎大，而硬度增大需細化金相組織。所以淬火方式的選取也會很大程度上影響硬度的大小。6.測量標準及方法過時我們都知道測量標準對質(zhì)量影響很大，同樣方法的過時也會影響其精度，最終影響到產(chǎn)品的合格率和不合格率的大小。4、制定對策計劃表根據(jù)因果分析圖，針對主要原因制定對策計劃表3-24表3-24 對策計劃表序號主要原因項目標準措施1材質(zhì)選擇不合理和技術(shù)裝備落后結(jié)合性能特點選擇材質(zhì)改進技術(shù) 替換部分設備2零件加工工序不合理調(diào)整加工工序3工作角選擇不合理結(jié)合實際情況合理選擇工作角4工人技能水平欠缺和環(huán)境狀況組織人員技能培訓 采取崗前培訓5淬火方式不合理改用先進淬火工藝6測量標準及方法過時縮小制造極限偏差值改善測量方法題目三實驗設計題：根據(jù)專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗，選取因子和水平見表3-25表3-25因子、水平表因子水平切削速度刀具數(shù)量刀具種類進給量1302型0.702383型0.603564常規(guī)0.47現(xiàn)在利用正交實驗設計與Minitab軟件求解：1. 在Minitab的工作界面創(chuàng)建正交表1）在Minitab工作界面創(chuàng)建正交表，見圖3-26圖3-26 創(chuàng)建正交表2. 結(jié)果分析2）在正交表中，確定實驗類型，選擇水平數(shù)為3和因子數(shù)為4，見圖3-27，點擊Display Available Design，可得圖3-28，選擇Single-Level，按ok，確定試驗次數(shù)，見圖3-29和3-30圖3-27選擇水平數(shù)和因子數(shù)圖3-28確定因子間相互關系圖3-29確定試驗次數(shù)圖3-30確定試驗次數(shù) 3）在正交表中，確定實驗因子屬性。在實驗因子的屬性表中輸入各因子的名稱和所占的列，見圖3-31和3-32，在圖3-33中輸入各因子名稱、數(shù)值和所處的列號，見圖3-34，按ok，選擇，保存因子，水平到工作表中，見圖3-35和3-36。圖3-31 確定因子的屬性和安排的列（一）圖3-32確定因子的屬性和安排的列（二）圖3-33 輸入因子的屬性和安排列圖3-34選擇、保存因子、水平到工作表中圖3-35選擇、保存因子、水平到工作表中4）圖3-35的正交表中輸入衡量實驗效果的參變量，在本案例中衡量實驗效果的參變量位“偏差量，見圖3-36。圖3-36輸入衡量實驗效果的參變量5）對圖3-33所示的實驗數(shù)據(jù)進行分析，在Minitab的工作界面里，按如下圖步驟分析實驗數(shù)據(jù)。見圖3-37和3-38。圖3-37 分析實驗數(shù)據(jù)（一）6）選定響應變量分析圖，界面見圖3-39。7）定義、分析響應變量，界面見圖3-40和3-41。8）結(jié)果分析，見圖3-42圖3-43。圖3-38分析實驗數(shù)據(jù)（二）圖3-39響應參變量的分析圖圖3-40定義、分析響應變量（一）圖3-41定義、分析響應變量（二）圖3-42結(jié)果分析顯示界面（一）圖3-43分析顯示界面（二）從對均值的主要影響圖中，可以看出切削速度應選水平3，刀具數(shù)量應選水平2，刀具種類應選水平2，進給量水平應選3；既A3B2C2D3，即切削速度應選56，刀具數(shù)量應選3，刀具種類應選型，進給量應選0.47。題目四1.用正交用正交實驗表L8(24)用正交實驗表L8(24)進行實驗，試用Minitab軟件進行分析實驗結(jié)果， 確定最佳制造條件。生產(chǎn)表3-44如下： 表3-44 正交表Core materialCore DiameterNumber of di