质量工程课程设计报告风情版

郑州航空工业管理学院

课 程 设 计 报 告

2009 届 工业工程 专业 0905072 班级

课程名称 质量工程学课程设计 题 目 抛射器的性能设计与改进 姓 名 学号 0805072XX 指导教师 张霖 职称 讲师

二О一二 年 十一 月 二十五 日

目 录

序、课程设计简介 ...........................................................................................1 一、界定阶段(Define)......................................................................................2 二、量测阶段(Measure) . .................................................................................3 三、分析阶段(Analyze) ...................................................................................7 四、改进阶段(Improve) . ............................................................................... 12 五、控制阶段(Control) ................................................................................. 15 六、总结 ....................................................................................................... 20 参 考 文 献.................................................................................................. 21

抛射器的性能设计与改进

序、课程设计简介

质量管理学是工业工程专业的一门主干专业课程，6σ管理是质量管理中重要的研究领域和分支。

6σ管理被称作是“改革世界顶级企业的突破性管理策略”，6σ管理实质上包括两个方面，即六西格玛设计(DFSS)和六西格玛改进(DMAIC)。前者一般指全业务流程的重组与优化，即全局最优；后者一般指DMAIC 改进流程，即局部优化。本课程设计主要针对六西格玛改进(DMAIC)，对六西格玛设计(DFSS)不做过多要求。

由于市场竞争越来越激烈，企业面对如此巨大的挑战，只有努力追求卓越，不断提高产品质量，才有可能在日益激烈的市场竞争中生存。在质量管理三部曲，即质量策划、质量控制、质量改进中，六西格玛改进(DMAIC)是质量控制和质量改进最有力的工具之一。

一、界定阶段(Define)

1、本次课程设计要求每人独立完成，包括资料搜集、数据采集、方案设计与改进、报告的撰写。计划进度安排如图

1-1

图1-1 课程设计计划图

2、首先确定抛射器关键质量特性。

就产品而言，质量特性是指将顾客的要求转化为可以定量或定性的指标，为产品的实现过程提供依据。抛射器质量特性包括弹射距离、反应敏捷度、寿命、可信性、安全性、经济性，首先确定关键质量特性作为设计和改进的目标。

图1-2 抛射器质量特性

设计调查问卷，对顾客最看重的质量特性进行调查，以工业工程专业152名同学模拟顾客，每人最多选择两项抛射器质量特性。

收集数据，对数据整理和分析，得出结论。

图1-3 弹射器质量特性调查直方图

由图1-3可以看出，顾客最看重抛射器的弹射距离即弹射距离越远越好，确定关键质量特性弹射距离。

二、量测阶段(Measure)

六西格玛进行测量和分析的数据可分为两大类，一类是显示关键质量特性满足程度的结果变量Y ，一类是显示对结果产生影响的原因变量X 。Y 和X 的关系，可用如下函数来表示：Y=f（X 1，X 2, …,X n ）。在测量阶段，为掌握目前对顾客关键质量特性的满足程度，应把焦点放在结果变量Y 的测量上。

人们往往习惯于相信测量数据，认为测量的结果就是客观事实，其实不然，因为测量过程如同制造过程一样，也是随机现象，即有规律的不确定现象。因此评价测量数据的质量，即评价随机现象的结果，应以在统计稳定条

件下运行的某一测量系统得到的多次测量结果的统计特性来确定，这些测量结果越接近真值，其质量越高。所以本阶段的基本任务是验证测量系统。

选择一个弹射器，在不同时间段测量其弹射距离，每次测量5次，共采集20个子组，数据表如下。

1， 稳定性分析

稳定性是指测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的相同特性时获得的测量值的总变差。

将数据按时间顺序画在Xbar-R 控制图上，评价测量系统是否处于稳定

状态。

图2-1 稳定性Xbar-R 控制图

控制图图2-1显示，测量过程是稳定的，没有出现明显可见的特殊原因影响。

2， 测量系统必须有足够的分辨率

可接受的分辨率应小于公差或制造过程变差（6σ）的十分之一，否则会作出很多错误的判断。分辨率选择 0.01cm 满足要求。 3， 重复性、再现性和GRR 分析

重复性是由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。再现性是由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。对测量系统进行重复性、再现性和GRR 分析。

现邀请3位同学，利用弹射器虚拟实验系统测量5个水平的弹射器的弹

射距离，每位同学随机测量5个弹射器，进行2个轮次，测量数据如下表。

表2-2 样本数据表 单位：cm

利用minitab 对测量系统进行重复性、再现性和GRR 分析。

图2-2 量具R&R方差分析

由分量图可以看出，此测量系统的分辨率是满足要求的。这是因为平

均极差是测量造成的，测量系统越好，它应该越小，而部件之间的差异是制造系统造成的，因此平均极差越小，出限的点越多，分辨率越高。

表2-3 方差分析表

表2-4

方差分量分析表

通过以上图表分析，部件方差贡献率达到99.52%，测量系

统%R&R=6.92%

三、分析阶段(Analyze)

通过数据分析确定影响输出y 的少数几个重要的输入xi 。这个阶段是最难预见的阶段，在这一阶段不仅仅是寻找原因，在罗列原因的基础上，还要

确认关键原因以及这些原因如何被证实。

1、 利用鱼骨图分析影响弹射距离的因素，如图3-1所示。

为便于分析，对影响弹射距离的因子进行编号，如表3-1所示。

表3-1 因素编号对应表

由于试验条件限制，选取主要影响因子D 挂钩位置、G 终端位置、B 侧销位置，各取三个水平，进行抛射器性能设计与改进。

表3-2 关键因素水平对应表

2、D 挂钩位置、G 终端位置、B 侧销位置，是否真的对Y 有影响，将在

弹射距离鱼骨分析图

3-1

下一阶段对以上因子作进一步的分析和验证。

三个因子D 、G 、B 各取两个水平D1、D2、G1、G4、B1、B2，测量不同水平组合下的弹射器弹射距离，测量数据如表3-3所示。

表3-3 不同水平组合弹射器弹射距离 单位：cm

说明：随机测量不同弹射器弹射距离。

3、对弹射距离与因子D 、G 、B 进行一般线性模型分析。

图3-2 不同因素交互作用图

图3-3 不同因素主效应图

方差分析数据储存在表3-4中。

表3-4 方差分析表

由图3-2、图3-3和表3-4可以分析出，因子D 、G 、B 对弹射距离Y 有显著影响，并且D*G、G*B交互作用显著。在改进阶段，主要改变因子D 、G 、B ，寻找最优组合，使弹射距离最远，以实现弹射器的设计和改进。

四、改进阶段(Improve)

经分析因子D 、G 、B 对弹射距离Y 有显著影响，不同水平组合下弹射距

离有很大差别，现阶段任务是在考虑交互作用D*G、G*B下寻找最优水平组合。

正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。它是由试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验的，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况，找出最优的水平组合。试验方案设计如下。

1、 明确试验目的，确定试验指标

本试验的目的是寻找D 、G 、B 因子最佳水平组合，弹射距离尽可能大。 2 、选因素水平，列因素水平表

经综合考虑试验目的、专业知识、以往的经验及现有试验条件等多方面情况，因子D 、G 、B 各取三水平，试验考虑D*G、G*B交互作用。

表4-1 关键因素水平对应表

3 、选择合适的正交表

正交表的选择是正交试验设计的首要问题。确定了因素及其水平后，根据因素、水平及需要考察的交互作用的多少来选择合适的正交表。正交表的选择原则是在能够安排下试验因素和交互作用的前提下，尽可能选用较小的正交表，以减少试验次数。

由于本试验有3个三水平因素和两个交互作用需要考察，可选用 L 27(313) 来安排试验方案。

4、试验表头设计

表头设计时，各因素及其交互作用不能任意安排，必须严格按交互作用列表进行安排。这是有交互作用正交试验设计的一个重要特点，也是关键的一步。

正交表L 27(313) 中有基本列和交互列之分，基本列就是各因素所占的列，交互列则为两因素交互作用所占的列。可利用L 27(313) 二列间交互作用列表来安排各因素和交互作用。

表4-2表头设计

5、编制试验方案，按方案进行试验，记录试验结果

把正交表中安排各因素的列中的每个水平数字换成该因素的实际水平值，便形成了正交试验方案。根据表头设计，将D 、G 、B 各列对应的数字“1”、“2”、“3”换成各因素的具体水平，得出试验方案如表4-3所示。

表4-3 正交试验表

说明：试验号并非实验顺序，为了排除误差干扰，试验中可随机进行；安排试验方案时，部分因素的水平可采用随机安排。表中ki 为因素同一水平的平均值。

6、试验结果分析

①计算Ki 值。Ki 为同一水平之和。以第一列D 因素为例：

K1=424.66+322.85+236.51+454.16+367.85+285.26+373.44+323.24+269.80=3058.20

K2=347.18+267.07+192.89+396.26+305.56+238.06+328.28+284.18+237.22 =2596.50

K3=281.37+216.50+155.67+315.44+256.15+197.71+285.76+242.29+205.52 =2156.4

②计算各因素同一水平的平均值ki 。 k1=339.8，k2=288.5，k3=239.6

③计算各因素的极差R ，R 表示该因素在其取值范围内试验指标变化的幅度。 R =max（ki ）-min （ki ）

④根据极差大小，判断因素的主次影响顺序。R 越大，表示该因素的水平变化对试验指标的影响越大，因素越重要。由以上分析可见，B 因素影响最大，为主要因素。

⑤选优组合，即根据各因素各水平的平均值确定优水平，进而选出优组合。

根据正交设计的特性，对D1、D2、D3来说，三组试验的试验条件是完全一样的（综合可比性），可进行直接比较。如果因素D 对试验指标无影响时，那么kD1、kD2、kD3应该相等，但由上面的计算可见，kD1、kD2、kD3实际上不相等。说明，D 因素的水平变动对试验结果有影响。因此，根据kD1>kD2>kD3，所以可断定D1为D 因素的优水平。同理，可以计算并确定G4、B1分别为G 、B 因素的优水平。

三个因素的优水平组合D1G4B1为本试验的最优水平组合。

五、控制阶段(Control)

确定最优水平组合D1G4B1之后，对改进的过程程序优化，并采用有效

的监控方法保持过程改进的成果，使过程持续运行在新的高水平上。

在最优水平组合下，采集20组弹射距离数据，用于制作分析用控制图，如表5-1所示。

表5-1 最优水平组合样本数据 单位：cm

在控制图的设计阶段使用, 主要用以确定合理的控制界限，每一张控制图上的控制界限都是由该图上的数据计算出来。利用minitab 制作Xbar-R 控制图，作为分析依据。

5-1 弹射距离Xbar-R 控制图

在判异准则下判断过程没有异常因素存在，过程处于统计控制状态，

控制界限有效。

建立数据直方图，判断数据分布形态，计算过程能力。

5-2 弹射距离直方图

直方图显示，弹射距离数据不服从正太分布，而是绝大部分集中在一起，

存在极少数远大于分布中心。样本容量足够大，通过基于最大极值分布模型计算过程能力指数，设定规格下限448cm ，目标值456cm 。

5-3 抛射器过程能力

分析显示P pk =1.53，过程能力充足，处于管理稳定状态，应继续维持。

综上，控制图是受控的，过程能力能够满足生产要求，可以将该分析用控制图的控制线用于控制用控制图，以进行抛射器弹射距离稳定性控制。确定弹射距离控制图控制界限，建立控制用控制图，采集20组弹射数据，进行过程稳定性分析。

表5-2 最优水平组合样本数据 单位：cm

利用收集的样本数据，制作Xbar-R 控制图。

图5-4 样本Xbar-R 控制图

通过表5-2和图5-4可以看出，Xbar 值、R 值均在控制界限内，处于统计过程状态，保持稳定。

经过以上分析，在最优水平组合D1G4B1下的抛射器，弹射距离增强，

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消除了缺陷的原因，结果是真实有效的，在实验过程中保持稳定，处于可控状态。

六、总结

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参 考 文 献

[1]张公绪，孙静. 新编质量管理学. 北京：高等教育出版社，2003,8 [2]韩福荣. 现代质量管理学. 北京：机械工业出版社，2007,6

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