质量管理与可靠性课程设计.docx
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质量管理与可靠性课程设计
质量管理与可靠性
课程设计说明书
学院：
机械工程学院
专业：
工业工程
班级：
一班
学号：
14015111
姓名：
潘洪
指导教师：
张付英
设计日期：
2017年6月28日
一、课程设计目的和要求
1、目的
1）加深对质量管理课程及统计学课程基础理论和基本知识的理解。
2）使学生掌握质量管理的基本方法，正确应用质量管理方法对质量形成的全过程进行管理和控制。
3）熟练应用常用的统计工具，提高解决实际问题的能力和相应的软件使用技能。
2、要求
1）要求学生能利用排列图寻找主要问题或影响质量的主要因素，学生能用Minitab软件绘制排列图。
2）要求学生能利用因果图表示主要问题与影响该问题的原因，通过层层深入的研究找出影响质量的原因，把影响质量的主要、关键、具体原因找出来，从而明确所要采取的措施，并能用Minitab软件绘制因果图。
3）要求学生能利用直方图来显示质量数据的分布规律，通过观测直方图的形状，判断生产过程的质量水平和分散程度，判断工序是否正常，工序能力是否满足要求；并能用Minitab软件绘制直方图。
4）要求学生能利用控制图判断工序是否处于统计在控的状态，能用Minitab软件绘制控制图。
5）要求学生掌握试验设计法的使用条件、制定因素水平表，正交表设计，确定实验；实验。
能用Minitab软件进行因素、水平的定义和正交表的选择，正确地把因素、水平填写到正交表中，分析实验结果。
二、设计题目
1．质量控制设计题目
题目一、某纺织机械厂的主要产品之一是细纱机，也是该厂创效益的产品。
该细纱机的关键零件是机梁，在细纱机中起着支援延伸装置、导纱板升降装置、钢领板升降装置和纱架等部件的作用，机梁的质量将直接影响细纱机装配质量。
机梁自身的结构属长向薄壁形，其长厚比达130:
1，极易产生加工变形，而技术精度要求高，其中主要的技术特性值平面度要求0.15mm。
为了减少切削数量大，每台细纱机需要28根，每年需要67000根，机梁的好坏将直接影响该厂的经济效益，而现在的机梁质量波动较大，返修率比较高，试用质量控制方法来有效地提高机梁的一次合格率。
题目二、某公司是一家专业制造纺织梳理器材的中外合资企业。
公司的产品有金属针布、弹性针布、固定盖板针布、分梳辊与分梳辊针布、整体锡林，其中主导产品金属针布和弹性盖板针布的产销售量，连续多年来在国内同行中一直遥遥领先。
公司始终坚持质量产企业的生存之本。
追求卓越的产品品质。
公司主怀产品金属针布（占销售额的65%）的原材料是Φ5.5mm的中高碳钢线村，线村拉拔成直径Φ1.0mm-Φ2.0mm的钢丝后进行压扁，最后对压扁的坯条进行连续冲齿，加要成型。
在钢丝每次拉拔后都要进行球化退火，压扁后要进行再结晶退火，而退火硬度的均匀性、金相组织有好坏和表面成色直接影响后续加工和成品质量。
工艺流程如下图，图1。
图1工艺流程图
金属针布成品质量的优劣，用户衡量指标主要有以下几个方面：
锋利度、平整度，耐磨度、粗糙度，色差。
一段时间以来，用户反映公司金属针布在耐磨度和色差方面存在较大的问题，包卷也存在一定的困难（影响平整度）；坯条再结晶后产品质量指标（硬度、成色和金相组织）直接或间接影响到成品的质量；热处理工序利用井式炉，通过氮气保护坯条进行再结晶处理，属于特殊质量过程，有必要对其过程能力进行一次全面测量。
为此，决定成立质量控制小组（QC小组），采用质量管理的方法和工具进行分析和解决问题。
该公司一分厂成立QC小组，本小组成员7人（见表2-1），分别为公司研究所、分厂技术人员及相关管理人员，专门针对公司和坯条热处理过程中的质量波动而展开各项活动，活动部定期进行。
表2-1QC小组成员情况
序号
姓名
年龄
性别
职务
文化程度
小组职务
组内分工
1
龚XX
34
男
分厂厂长
硕士
组长
负责组织协调
2
朱XX
34
男
工程师
本科
副组长
方案编制，落实
3
孙XX
33
男
工程师
本科
成员
技术方案实施
4
周XX
40
男
热处理工长
大专
成员
现场实施监督
5
顾XX
32
男
工艺员
大专
成员
现场实施
6
许XX
30
男
操作工
高中
成员
现场实施记录
7
许XX
30
女
核算员
中专
成员
统计
现场调查：
QC小组对热处理工序井式炉再结晶退火目前存在的问题进行了统计分析，发现近两个月的井式炉坯条再结晶质量缺陷见表2-2。
表2-2井式炉柸条再结晶质量缺陷分类表
序号
缺陷项目
频数
不合格百分比（%）
频数百分比（%）
累计频数百分比（%）
1
硬度不足
185
2.98
50.8
50.8
2
硬度过高
95
1.53
26.1
76.9
3
花斑
36
0.58
9.9
86.8
4
发彩
28
0.45
7.7
94.5
5
成色差
15
0.24
4.1
98.6
6
组织不好
5
0.08
1.4
100
合计
364
5.86
100
近两个月该工序生产总数为6205件，不合格率为5.86%
1.试用Minitab软件，绘制缺陷项目排列图，确定主要问题是什么？
2.用表2-3给出的柸条硬度测定数据，利用Minitab软件对该工序的稳定性和工序过程能力进行分析（该指标的技术要求为：
190+15-10）？
表2-3柸条硬度测定数据
样本号
测定值
样本均值
样本标准差
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X
S
1
200
200
195
198
190
192
2
185
175
182
180
190
195
3
185
190
205
198
195
193
4
195
190
192
195
190
190
5
180
185
195
196
192
194
6
185
185
182
185
198
195
7
190
175
185
183
180
192
8
205
190
205
198
200
198
9
165
182
182
165
180
190
10
195
192
205
188
185
193
11
196
185
185
180
182
190
12
176
196
192
200
195
194
13
195
185
192
185
198
195
14
195
198
193
192
195
190
15
195
198
193
192
195
190
16
195
185
172
195
198
185
17
186
185
180
182
185
183
18
185
190
215
198
200
198
19
198
195
195
193
180
192
20
198
192
200
188
185
195
2．实验设计题目
题目三、某工厂一零件的镗孔工序质量不稳定，经常出现内孔径偏差较大的质量问题，用Minitab软件进行正交试验设计，探讨镗孔工序加工质量较优的工艺条件。
表2-4因子、水平表
因子
水平
切削速度
刀具数量
刀具种类
进给量
1
30
2
Ⅰ型
0.70
2
38
3
Ⅱ型
0.60
3
56
4
常规
0.47
题目四、为了制造一种新型的高尔夫球使其能飞的更远，需要通过从实验设计寻求最佳的制造参数。
现在已经确定4个因素影响着高尔夫球的性能，由于实验条件的限制，每个因素只能去两个水平，见表13，且经验断定Corematerial和CoreDiameter有交互影响，试确定这四个因素中哪个是主要影响因素，各个因素取何水平时，使制造出来的高尔夫球能飞得更远？
表2-5因子、水平表
level
factor
Corematerial
Liquid
Tungsten
CoreDiameter
118
156
Numberofdimples
392
422
CoverThickness
0.03
0.06
三、设计结果
题目一、
1、寻找原因
1）为了寻找出现废品的原因，对500件机梁各加工工序的一次合格率进行测试，以分析哪些因素是影响质量的主要原因，那些加工工序是影响质量的次要原因，这样有利于找出问题的主要环节。
对加工一次机梁加工工序的合格率测试数据见下表3-1
表3-1工一次机梁加工工序的合格率测试数据
序号
工序名称
测试数/根
合格数/根
合格率（%）
1
2
3
4
5
粗铣机梁两外角尺平面
精铣机梁两外角尺平面
铣机梁两条小平面
铣机梁两里角尺凸肩面
钻、攻机梁两外角尺上螺纹及孔
500
473
375
370
365
473
375
370
365
360
94.60
79.28
98.67
98.65
98.63
合格率M=94.6%*79.28%*98.67%*98.65%*98.63%=72%
对各个工序共产生的140件不合格品制成不合格品表3-2、并绘制排列图。
在Minitab的工作表中，把“机梁各加工工序的不合格表”中的“工序名称”一列，以及“不合格品数”一键列入，见图3-3然后选择stat→quality→tools→paretochart便会跳出如下对话框，见图3-4。
选择Chartdefecttable在labelin里面选择人本的一列，frequenciesin里面选择输入数字的一列，便可得到机梁不合格品排列图，见图3-5。
表3-2机梁各加工工序的不合格品数据
工序名称
不合格品数/根
累计不合格品数/根
累计百分数（%）
粗铣机梁两外角尺平面
精铣机梁两外角尺平面
铣机梁两条小平面
铣机梁两里角尺凸肩面
钻、攻机梁两外角尺上螺纹及孔
98
27
5
5
5
98
125
130
135
140
70
89.82
92.86
94.43
100
图3-3Minitab的数据录入
图3-4排列图的数据录入
图3-5机梁各加工工序的不合格品排列图
可以看出五道加工工序中精铣机梁两外角尺平面为出现不合格品最多的工序。
因此，下一步要解决的问题是分析这道工序出现不合格品的主要原因。
所采用的方法还是排列图。
2.寻找影响精铣机梁两外角尺平面工序出现不合格品的主要原因
取118件you精铣机梁两外角尺平面工序所造成的不合格品进行检测，得到精铣机梁两外角尺平面工序不合格品表3-6，并绘制相应排列图。
表3-6精铣机梁两外角尺平面工序不合格品数据
项目
不合格品数/根
累计不合格品数/根
累计百分数（%）
平面度0.15mm
垂直度0.16mm
直线度0.04mm
表面粗糙度Ra<2.5μm
厚度超差
其他
88
15
7
5
2
1
88
103
110
115
117
118
74.58
87.29
93.22
97.46
99.15
100
在Minitab里面做类似的操作可以得到精铣机梁工序不合格品的排列图，见图3-7。
图3-7精铣机梁工序不合格品的排列图
可见，对平面度的工序影响精铣机梁两外角尺质量的A类因素，既为主要因素。
3.工序稳定性分析及能力分析
找出主要原因后，对平面度的工序进行稳定性分析和工序能力指数计算，在工序在控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。
平面度的目标指标为：
11*10-2mm，最大不得超过15*10-2mm，最小不得低于7*10-2mm，从精铣机梁两外角尺平面工序中依加工次序随机抽取50件产品，得到的数据见表3-8。
表3-8平面度工序稳定性及工序能力指数测定表
序号
数值
序号
数值
序号
数值
序号
数值
序号
数值
1
7
11
8
21
12
31
8
41
7
2
14
12
10
22
11
32
11
32
10
3
9
13
10
23
11
33
12
43
13
4
11
14
11
24
15
34
12
44
10
5
14
15
9
25
12
35
12
45
11
6
12
16
15
26
8
36
9
46
14
7
14
17
13
27
12
37
10
47
13
8
13
18
10
28
10
38
6
48
15
9
11
19
13
29
12
39
11
49
12
10
9
20
12
30
9
40
14
50
13
利用该数值绘制单值控制图，选择stat→controlcharts→variablechartforindividuals，可绘制出控制工序均值和方差的控制图，见图3-9和图3-10，依据控制图判断判定工序在控。
图3-9控制工序单值的控制图
图3-10控制工序方差的移动极差控制图
在工序在控的条件下，进行工序能力分析。
利用表3-8的数据进行工序能力分析，在Minitab的工作表中，选择stat→controlcharts→capabilityanalysis→normal得到工序能力分析图，见图3-11。
图3-11工序能力分析图
Cpk=0.59，表明工序能力不足，需要采取措施，提高工序能力。
根据以上分析，把工序能力指数提高到1以上和根据国家标准，把机梁第一次合格率从72%提高到85%以上的目标。
4.因果分析
为了找到影响机梁平面度而造成不合格品的原因。
根据5M1E的原理，从人，机，料，方法，测量，环境等6方面做出了分析，并用Minitab画出因果图。
在minitab中选择stat→qualitytools→courseandeffect便会跳出，见图3-12和图3-13。
大原因里面只有一个小原因的，可以选择constant直接输入，对于大原因里面的多个小原因的先在表格里面输成一列，在causes里面选择。
对于多重子原因的可以再sub里面再选择。
图3-12因果图
图3-13因果图
最后得到影响机梁平面度而造成不合格的因果图，见图3-14。
图3-14影响机梁平面度而造成不合格品的因果图
对图3-14列出的诸多原因进行逐项分析，找出下列五条为影响机梁平面度质量的主要原因：
1.粗铣机梁弯曲变形
由于机梁属于长向薄壁型结构，极易产生加工变形，粗铣机梁的加工变形和加工后由于堆放不当引起的弯曲变形，将对继机梁造成直接的影响。
2.零件加工工序不合理
精铣平面加工工序为先加工有平面度要求的一角尺面，后加工无平面度要求的一角尺面，这样会造成有平面度要求的尺面二次装夹变形，影响该平面的平面度质量。
1）夹紧点选择不合理。
工件加紧点选择是否合理将直接影响到工件的受力稳定，由于夹紧力的力点设置在工件下端，因此容易引起工件受力不稳定，影响平面质量。
2）切削参数不合理。
切削参数不合理是否合理将直接影响零件的加工质量，由于过去工艺文件中未定切削参数，操作参数不合理，出现了高速切削，强力切削，产生热变形和表面粗糙度增大。
3）刀具前角，修光刃圆弧R选择不合理。
刀具前角是影响切削力大小的重要原因，由于机梁结构上为长向薄壁形，自身刚性比较差，原来刀具的前角γ=0，切削抗力比较大，工件在切削时，切削阻力比较大，容易产生热变形，而修光刃圆弧R，采用手工刀抹，大小不一，影响零件表面质量。
为了减少切削抗力，严格控制修光刃圆弧大小，必须选择刀具前脚和修光刃圆弧R。
3.制定对策计划表
根据因果图分析，针对主要原因制定对策计划，见表3-15
表3-15对策计划表
序号
要因项目
目标措施
1
粗铣机梁弯曲变形
工艺规定粗铣机梁弯曲变形小于0.4mm以保证质量
2
零件加工工序不合理
调整加工工序
3
加紧力点不合理
设计新夹具改进力点，使受力稳定
4
切削参数不合理
合理选择切削参数
5
刀具前角，修光刃圆弧R不合理
改进刀具前角，合理选择修光刃圆弧
5.效果检查
（1）测定工序能力指数。
将进行了质量改进后的精铣机梁两外角尺平面加工工序再取50例产品，测定数据见表3-16，进行平面度工序能力测定，并绘制改进后的工序能力分析图，见图3-17
表3-16改进后对平面度工序的工序能力指数测定（单位：
*10-2mm）
序号
数值
序号
数值
序号
数值
序号
数值
序号
数值
1
12
11
11
21
11
31
12
41
10
2
12
12
13
22
12
32
13
32
12
3
11
13
11
23
13
33
12
43
11
4
13
14
11
24
11
34
12
44
12
5
12
15
12
25
11
35
12
45
10
6
13
16
12
26
12
36
11
46
12
7
11
17
11
27
13
37
12
47
13
8
13
18
12
28
13
38
13
48
13
9
12
19
10
29
12
39
10
49
10
10
12
20
12
30
11
40
11
50
12
图3-17改进后工序能力分析图
改进后，重新收集数据进行工序能力分析，得到工序能力指数Cpk=1.07。
可见通过质量控制分析提高了工序能力指数值并达到了目标。
（1）前后合格率比较。
改进后机梁加工工序的一次合格率测试值见表3-18。
表3-18改进后机梁加工工序的一次合格率测试值
序号
工序名称
测试数/个
合格数/个
合格率（%）
1
2
3
4
5
粗铣机梁两外角尺平面
精铣机梁两外角尺平面
铣机梁两条小平面
铣机梁两里角尺凸肩面
钻，攻机梁两外角尺上螺纹及孔
500
482
460
452
446
482
460
452
446
440
96．40
95.43
98.26
98.67
98.65
M=96．4%*95.43%*98.26%*98.67%*98.65%=87.98%
可见，合格率和工序能力指数都得到了比较高的提高，设计目的得以实现。
题目二
1.寻找原因
根据表2-2绘制缺陷项目排列图，见下图3-19
3-19缺陷项目排列图
由排列图可以看出，主要问题：
从缺陷项目排列图上可以知道，硬度不足、硬度过高以及花斑（共占85.4）是造成缺陷的关键因素，应集中力量解决这三个方面的问题。
2.工序的稳定性分析和工序能力分析
找出主要的原因之后，对热处理工序井式炉再结晶退火进行了工序的稳定性分析和工序能力指数计算，在工序再控制的条件下，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。
坯条硬度指标的技术要求是：
190，最大不超过205，最小不低于180,。
从该工序中依次加工次序随机抽取120件产品，分成20组，每组6件（得到的数据为题目已知）。
利用该数值绘制出控制工序均值和方差的控制图，分析该工序稳定性如下图1-20。
图1-20工序稳定性分析
在工序在失控的条件下，剔除失控点，重新生成控制图如下图3-21：
图3-21改后控制工序均值和方差的的控制图
工序在在控条件下，进行工序能力分析得到工序能力分析图如下：
图3-22工序能力分析图
通过以上图，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。
根据以上分析，质量管理小组可以把工序能力指数提高到1以上和根据国际标准，把坯条第一次合格率提高到更多。
3.因果分析
为了找出影响坯条再结晶而造成不合格品的原因，根据5M1E的原理，从人、机、料、方法、测量及环境等6个方面作出了分析，画出因果图。
图3-23影响金属针布造成不合格品的因果图
对上图列出的诸多原因进行逐项分析，找出下列6条影响金属针布硬度大小和花斑质量的主要因素：
1.材质选择不合理和技术落后
由于材质含碳量对金属硬度影响非常大，所以它的选取将对针布的硬度和花斑产生直接的影响；此外，技术的落后和装备的老化影响了加工效果和产品的性能。
2.零件加工工序不合理
金属针布坯料的退火处理在该工艺中，经退火后的圆丝表面氧化脱碳，造成在针布后道热处理淬火时齿尖容易脱碳而淬火不良，硬度低，金相差。
3.工作角选择不合理
锡林工作角（a）是金属针布主要技术参数之一，它的选取直接关系到花斑的产生
4.工人技能水平欠缺和环境差
工人的熟练度和操作工序的水平将会很大程度影响到产品的性能，而且劳动强度大，加上工作场地燥热（热处理车间）、场地狭小等不良的环境因素，故从人因工程的角度分析，这些都与质量水平关系密切。
5.淬火方式不合理
现在普通采用的是金属淬火马氏体粗化，这使得金相组织怎大，而硬度增大需细化金相组织。
所以淬火方式的选取也会很大程度上影响硬度的大小。
6.测量标准及方法过时
我们都知道测量标准对质量影响很大，同样方法的过时也会影响其精度，最终影响到产品的合格率和不合格率的大小。
4、制定对策计划表
根据因果分析图，针对主要原因制定对策计划表3-24
表3-24对策计划表
序号
主要原因项目
标准措施
1
材质选择不合理和技术装备落后
结合性能特点选择材质
改进技术替换部分设备
2
零件加工工序不合理
调整加工工序
3
工作角选择不合理
结合实际情况合理选择工作角
4
工人技能水平欠缺和环境状况
组织人员技能培训采取岗前培训
5
淬火方式不合理
改用先进淬火工艺
6
测量标准及方法过时
缩小制造极限偏差值
改善测量方法
题目三
实验设计题：
根据专业知识和实践经验，选取因子和水平见表3-25
表3-25因子、水平表
因子
水平
切削速度
刀具数量
刀具种类
进给量
1
30
2
Ⅰ型
0.70
2
38
3
Ⅱ型
0.60
3
56
4
常规
0.47
现在利用正交实验设计与Minitab软件求解：
1.在Minitab的工作界面创建正交表
1）在Minitab工作界面创建
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