“質量工程與可靠性”實驗大綱Quality Management and Reliability Experiments實驗項目中文名稱：質量工程與可靠性實驗實驗項目英文名稱： Quality Engineering and Reliability Experiments實驗學時：8學時 適用專業：工業工程專業所屬課程：質量管理與可靠性開課學院：機電工程學院開課學期：第6學期教材及實驗指導書：羅國勛主編，質量管理與可靠性，高等教育出版社，2009年質量管理與可靠性實驗指導書， 2012年一、 實驗目的或任務質量管理與可靠性實驗是與質量管理與可靠性課程緊密結合的實驗課程，屬于該課程重要的實踐環節，通過實驗直觀教學，縮短學生把理論知識轉化為實踐知識的時間。通過本實驗課程的學習，使學生加深對所學課程重點內容的理解，掌握實驗的基本理論、操作技術及分析處理實驗數據的方法，提升學生分析和解決工程問題的能力、知識綜合能力，實際動手能力、以及協同工作的能力。二、 實驗教學基本要求通過本課程的學習和實踐，使學生掌握關鍵質量特征提取及關鍵質量特征抽樣檢驗，統計過程控制與診斷（SPC和SPD）、實驗設計（DOM）等基本理論和基本方法，并能將其靈活運用。三、 實驗教學的內容或要求1.以金工實習產成品壓縮試件為研究對象，運用質量功能展開法，確定關鍵質量特征及其加工要求。以分別以試件高度、外徑為檢驗目標，依次進行計數標準型一次抽樣和二次抽樣、計量型標準一次抽樣檢驗。2.使用實驗1中采集的數據分別繪制均值-極差控制圖、不合格品率控制圖和不合格品數控制圖。通過加工過程質量診斷，繪制選控均值-選控極差控制圖和選控不合格品率控制圖，判斷工序的過程能力。3.以投射器為研究對象，針對投射器的多個指標：投射角度、指針位置、橡皮筋數量等，要求學生自主設計完全析因和部分析因試驗，僅允許每人按試驗設計次數進行投射，并對投射結果進行分析，確定最遠投射距離及最佳全因子（部分因子）組合，最終在確定的最佳因子組合狀態下進行投射測試。四、 實驗類型或性質設計性實驗五、 實驗開出要求工業工程專業學生必做六、 實驗所需儀器設備1.富通QFD軟件、壓縮試件2.游標卡尺、外徑千分尺3. JMP軟件4.投射器、飛機發射器組合七、實驗項目表序號實驗項目名稱內容提要實驗要求實驗時數每組人數實驗室名稱備注1抽樣檢驗產品關鍵質量識別并進行計數/計量型連續批抽樣檢驗必做31質量工程技術實驗室驗證性實驗2統計過程控制繪制各類控制圖，判斷工序過程能力必做22-3大學生創新基金設計性實驗3試驗設計設計全因子或部分因子實驗，分析最有因子組合必做32-3質量工程技術實驗室設計性實驗實驗一 壓縮試件抽樣檢驗實驗指導書一、實驗目的1、通過全檢和抽樣檢驗，體會產品實際不合格率與抽樣不合格率的區別。2、通過實驗掌握簡單隨機抽樣法、分層隨機抽樣法、整群抽樣和分階段隨機抽樣方法。3、按照給定標準（正常、加嚴、放寬）進行計數標準型一次抽樣和二次抽樣，并根據抽樣結果確定是批產品是否合格。4、按照給定公差進行計量型一次抽樣，掌握K法或M法的計量型合格批判定。二、實驗原理抽樣檢驗又稱抽樣檢查，是從一批產品中隨機抽取少量產品（樣本） 進行檢驗，據以判斷該批產品是否合格的統計方法和理論。它與全面檢驗不同之處，在于后者需對整批產品逐個進行檢驗，把其中的不合格品揀出來，而抽樣檢驗則根據樣本中的產品的檢驗結果來推斷整批產品的質量。如果推斷結果認為該批產品符合預先規定的合格標準，就予以接收；否則就拒收。所以，經過抽樣檢驗認為合格的一批產品中，還可能含有一些不合格品。一般情況下抽樣檢驗可分為計數型和計量型兩種。計數型抽樣檢驗按照抽檢出不合格品數量判定該批次產品是否合格，按照抽檢次數又可分為一次、兩次和多次，其中最為簡單的為國標GB/T13262-2008不合格品率的計數標準型一次抽樣檢驗程序及抽查表。計量型抽樣檢驗是根據樣本質量特性的均值或標準差作為判定，指標假設產品的質量特性X是正態分布的隨機變量，即：產品特性 X 遵循均值為，方差為2的正態分布，當已知產品公差或質量上、下限時，可通過K法或M法確定樣本的質量指標 QU、QL，通過與國標系列表中的參數相比較判定該批產品是否合格。三、實驗設備QFD軟件、壓縮試件3000件、游標卡尺30把、外徑千分尺30把。四、實驗內容和步驟（實驗報告）壓縮試件抽樣檢驗實驗報告班級： 姓名： 學號： 1全數檢驗給定壓縮試件厚度（外徑）的質量標準1.740.03mm（外徑23.500.05 mm），全檢100個壓縮試件，一班同學以外徑為關鍵質量特征，二班同學以高度為關鍵質量特征，分別測量并記錄所有試件的質量特征值，填入下表： (單位mm)1234567891012345678910則該批產品的實際合格品率為： 2計數型抽樣檢驗（1）計數標準型抽樣方案抽樣檢驗方案由供需雙方協商確定，若協商后要求本次采用的抽樣方案其特征曲線（OC曲線）必須經過（0.017，0.95）、（0.35，0.10）兩個點，在實施過程中應根據GB/T 檢索抽樣方案，檢索依據為P0= P1= ，最終檢驗方案為（ ， ）按照隨機抽樣獲取樣本，一班同學測量高度，二班同學測量外徑，結果為：其中不合格數量為 ，根據抽樣方案，該批產品 接收。（2）計數調整型抽樣方案計數調整型抽樣方案在實施過程中應根據GB/T 檢索抽樣方案。若采用有放回的抽樣檢驗方法，在給定檢驗批量N=100和檢查水平IL=II級時，可確定樣本字碼為： 。再根據質量接收限（AQL=2.5%）分別確定正常一次、加嚴一次、放寬一次的檢驗方案。抽樣方案批量樣本量（n）接收不合格數上限（Ac）拒收不合格數下限（Re）實際不合格品數是否接收備注正常一次100分層隨機抽樣加嚴一次100分階段隨機抽樣放寬一次100整群抽樣一班同學測量厚度，二班同學測量外徑，測量數據填如下表：（單位mm）正常一次（n= ）加嚴一次（n= ）放寬一次（n= ）若企業要求必須采用計數調整型二次抽樣，在給定檢驗批量N=100和檢查水平IL=II級時，可確定樣本字碼為： 。再根據質量接收限（AQL=4.0%）分別確定正常二次、加嚴二次、放寬二次的檢驗方案。抽樣方案批量樣本量累計樣本量累計接收不合格數（Ac）累計拒收不合格數（Re）實際不合格品數是否接收正常二次100加嚴二次100放寬二次100一班同學測量厚度，二班同學測量外徑，測量數據填如下表：（單位mm）正常一次（n1= ，n2= ）加嚴一次（n1= ，n2= ）放寬一次（n1= ，n2= ）分別對以上六種抽樣的產品質量特征進行記錄，判定批產品是否予以接受。3計量型抽樣檢驗 若企業要求必須進行計量型抽樣檢驗，在給定檢驗批量N=100和檢查水平IL=II級時，可確定樣本字碼為： 。已知質量接收限AQL=2.5%，在已知情況下，以上規范限為關鍵質量指標，分別選用K法和M法分別確定正常、加嚴和放寬的檢驗方案。K法M法抽樣方案批量樣本量（n）判別系數（k）樣本量（n）判別系數（M）修正系數（v）正常100加嚴100放寬100假設已知且等于S，利用分層抽樣提取學號末尾數為基數，抽取10個樣本進行計算，按照 計算標準差。序號單值序號單值16273849510S =均值合計以正常抽樣檢驗方案為例，具體實施抽樣并判定批產品是否接受。（抽樣具體數據使用計算標準差時10個數據的前n個）給定上規范限厚度1.76mm，外徑23.55mm；計算質量指標Qu和PuK法M法抽樣方案批量樣本量（n）判別系數（k）質量指標（Qu）樣本量（n）判別系數（M）不合格品率p質量指標（Pu）正常100是否接收五、思考題1本次實驗通過不同抽樣檢驗方案對同一批產品進行檢驗，結論分別為：正常加嚴放寬計數型標準型一次調整型一次抽樣二次抽樣計量型計量標準型一次抽樣利用以上檢驗結論，可以計算出該批產品的質量接收概率L（p）= 若已知該批產品的實際不合格品率p，思考L（p）與p有什么關系？2. 使用全班同學的計數調整型一次抽樣檢驗結果，按照學號為順序，計算抽樣檢驗轉移得分。批號可接收性轉移得分下批嚴寬程度批號可接收性轉移得分下批嚴寬程度批號可接收性轉移得分下批嚴寬程度1112121222313234142451525616267172781828919291020303. 在計量型抽樣檢驗時若要求產品必須滿足雙側規范限U和L，增加下規范限高度17.1mm，外徑23.45mm的要求，試寫出具體檢驗步驟？實驗二 統計過程控制與診斷實驗指導書一、實驗目的1、掌握質量數據統計、分析方法，了解JMP軟件在六西格瑪質量管理中的應用。2、掌握過程能力指數的數據統計和計算方法。3、掌握控制圖的基本原理和軟件繪圖方法。4、掌握兩種質量診斷理論，基于壓縮試件外徑（前工序）和高度（后工序）繪制選控圖和全控圖，并診斷質量過程是否穩定。二、實驗原理統計過程控制（SPC）是應用統計技術對過程中的各個階段進行評估和監控，建立并保持過程處于可接受的且穩定的水平，從而保證產品與服務符合規定的要求的一種質量管理技術，從內容上說主要是有兩個方面:一是利用控制圖分析過程的穩定性，對過程存在的異常因素進行預警；二是計算過程能力指數分析穩定的過程能力滿足技術要求的程度，對過程質量進行評價。統計過程診斷（SPD）是利用統計技術對過程中的各個階段進行監控與診斷,從而達到縮短診斷異常的時間、以便迅速采取糾正措施、減少損失、降低成本、保證產品質量、提高辦事效率的目的。SPC可以判斷過程的異常，及時報警，但也有其局限性，它不能判斷異常是由什么因素引起的，發生在何處，也不能進行診斷。而在現場迫切需要解決診斷問題，否則即使想要糾正異常也無從下手。SPD就是利用統計技術對過程中的各個階段進行監控和診斷，從而縮短診斷異常時間(以便迅速采取糾正措施)、減少損失、降低成本、保證產品質量。SPD不但具有對SPC的及時報警進行控制的功能，并且具有SPC所沒有的診斷功能，故SPD是SPC進一步發展的新階段。三、實驗設備JMP軟件一套、電腦30臺。四、實驗內容和步驟統計過程控制實驗報告班級： 姓名： 學號： 1繪制直方圖利用實驗一中全檢獲得的質量特征值（高度或外徑）繪制直方圖，掌握應用Excel、Minitab、JMP等軟件繪制直方圖。實驗1中全檢的質量特征為 ，具體的數據為：1234567891012345678910在Excel中加載數據分析宏，利用統計描述獲得數據均值為 ，標準差 。根據拉依達準則需要剔除的數據范圍為： 。剔除后數據極差為 ，以此為基礎分10組確定組間距，繪制直方圖，輸出結果截圖：2、計算加工過程能力指數根據第一步獲得的質量特征值的均值、標準差以及產品質量特征公差（高度300.05mm，外徑160.03mm），判斷產品質量特性值分布的均值和公差中心是否出現偏移，根據公式計算過程能力指數Cp或Cpk。3、繪制均值-極差控制圖 利用已知質量特征值數據（高度或外徑），按照系統隨機抽樣法，將100組數據分為25組，每組4各樣本，利用相應軟件制作均值極差控制圖。Xi1Xi2Xi3Xi4AVG(xi)AVG(R)12345678910111213141516171819202122232425均值針對AVG(xi)和AVG(R)分別利用統計描述工具計算出均值標準差： 則均值標準差控制圖界限分別為：繪制控制圖如下：極差控制圖均值控制圖根據控制圖判穩和判異準則，分析加工過程是否處于 狀態。 4、統計過程診斷根據壓縮試件工藝，繪制基于壓縮試件外徑（前工序）和厚度（后工序）的選控圖。首先收集同組產品的質量特征（外徑和厚度）做回歸分析。1234567891012345678910回歸方程為： ，相關系數R= ，說明： 。若上道工序（外徑）的加工與本道工序（厚度）有關，則需通過選控圖對質量狀況進行分析。繪制選控單值移動極差控制圖，選取20個點（系統隨機抽樣法N=5，按學號除以5的余數選擇）。外徑xRs（x）厚度y1234567891011121314151617181920均值則x的單值圖控制線： y/x的單值圖控制線： 的單值圖控制線： 結合已知的前工序休哈特圖（一班同學選取外徑質量特征）、后工序休哈特圖（二班同學選取外徑質量特征），對照三圖診斷表進行壓縮試件加工過程質量的診斷分析。典型情況上全控圖下全控圖下選控圖診斷結果1異常異常異常分質量異常,上影也異常2異常異常正常分質量正常,上影異常3異常正常異常分質量異常,上影異常，兩者方向相反,遞加抵消4異常正常正常分質量正常,上影異常，兩者方向相反,遞加抵消5正常異常異常分質量異常,上影正常6正常異常正常分質量正常,上影正常,兩者方向相同,遞加質量異常7正常正常異常分質量異常,上影正常,兩者方向相反,遞加抵消8正常正常正常均正常五、思考題1、過程能力指數Cp或Cpk分別在什么情況下成立？2、壓縮試件的外圓和高度尺寸的關系式什么？若判定為無相關性，是否能夠運用選控圖對質量進行分析？實驗三 正交試驗設計實驗指導書一、實驗目的1、理解正交設計實驗的原理和方法；2、學會使用正交設計相關軟件；3、學會利用正交設計方法來減少實驗次數，更有效地得出實驗結果；4、樹立正確的整體分析思想，培養分析問題、解決問題的能力；二、實驗原理正交試驗設計(Orthogonalexperimentaldesign)是利用規格化的正交表，恰當地設計出試驗方案和有效地分析試驗結果，提出最佳配方和工藝條件，進而設計出更優秀的試驗方案的一種高效率、快速、經濟的試驗設計方法。正交表是利用“均衡搭配”與“整齊可比”這兩條基本原理，從大量的全面實驗方案中，挑選出少量具有代表性的試驗點，制成整齊排列的規格化表格。均衡搭配是指用正交表所安排的試驗方案，能均衡地分散在水平搭配的各種組合方案之中，因而其試驗組合條件具有代表性，容易選出最優方案。整齊可比是指為了對某一因素比較其各水平的作用，從中選出優秀水平時，其余相應的水平出現的次數應該相同，以便最大限度地排除其他因素的干擾，使這一因素的幾個水平之間具有可比性。三、實驗設備飛機發射器組合4套、彈射器組合4套、JMP分析軟件1套。四、實驗內容和步驟（實驗報告）本實驗每15-16人為一大組，每大組分8小組，每小組2人。實驗目的根據不同設備設定。1、3、5、7組解決問題一：飛機發射器最遠飛行距離試驗設計；2、4、6、8組解決問題二：彈射器最大射程的全因子組合設計。基本步驟包括：1.熟悉飛機發射器和彈射器基本情況，確定影響因子數和水平數。2.根據問題選定因子和水平，設計兩水平全析因正交實驗，確定關鍵因素。3.在關鍵因素中設計三因素三水平正交實驗，確定最佳部分析因水平組合。4.確定全因子最優水平組合并及通過實驗驗證結果。正交試驗設計實驗報告班級： 姓名： 學號： 組號： 序號： 1熟悉飛機發射器或彈射器基本情況嘗試操作飛機發射器或彈射器，觀察影響射程的因素有哪些（A、B、C、D、E、F），各影響因素的水平分別有多個（、），其水平值分別是多少。填入下表：A:B:C:D:E:F:水平值水平值水平值水平值水平數(約)思考：假設各影響因素無交互作用，為全面考慮影響因素對目標值（射程）的影響，確定最優因子組合，按上表所列數據至少需要在無重復試驗的情況下做 次試驗。在日常生活中，這種全因子試錯實驗設計方法是否可行？ 2兩水平全析因試驗設計當影響因素大于4時，正交試驗工作量較大，需先從所有因素中篩選出對目標值影響最大的3-4個因素進行正交實驗。現階段需考慮所有因素，為方便高效率的篩選，僅在各因素上設定相對較理想的兩個水平值進行試驗，稱之為兩水平全析因試驗。嘗試投射3-5次，確定各因素中較理想的兩個水平值（+和-）：A:B:C:D:E:F:水平+值水平-值兩水平全析因試驗常用正交表有：L8(27)、L12(211)、L16(215)，本次試驗影響因素為 個，在不考慮交互作用的情況下，可選用 正交表，需要做全析因試驗 次。設計正交表表頭，進行投射試驗，將獲取的數據填入全析因試驗分析表。運用極差分析法，確定影響目標值（射程）各因素的主次關系，其中影響較大的前四個因素分別是： ，其余因素的排序依次為： 正交試驗結果分析表（極差分析）A:B:C:D:E:F:G:射程1+-2+-+3+-+4+-5-+-+-+6-+-+-7-+-+-8-+-+-+K1K2= k1k2R3部分析因試驗設計以影響最大的4個因素為基礎，在不考慮交互作用的情況下，選取其中3個因素做部分析因試驗設計，要求每組兩個同學至少有一個因素不相同。各影響因素選擇較為理想的三個水平，分別填入下表。X:Y:Z:水平1值水平2值水平3值三因素三水平的正交實驗選用的正交表為： 。設計正交表表頭，進行投射試驗，將獲取的數據填入正交試驗結果分析表。正交試驗結果分析表（方差分析）X:Y:X:誤差射程MiMi2(M