误差流理论在劳动密集型制造业中的应用研究
绪论1.1 研究背景1.1.1 制造业在社会经济生活中占有重要地位制造业作为一个最古老的行业之一，即使在今天，它在人类生产生活中也占据着十分重要的地位。可以说，工厂是创造最多商品价值的场所，而且在创造价值的同时还积累了整个社会的物质财富，推动技术手段的革新，为其他行业提供工具进而提高整个社会的生产力。据估计在世界主要工业化国家里超过七成的社会财富是由制造业生产出来的[1]。制造业之所以重要另一个重要原因是该行业能够大量地吸收劳动力，促进就业，全球将近三成的人口直接从事制造业，一半以上的人口的职业与制造业关于联。改革开放以来，制造业一直是我国国民经济的主要支柱，据统计我国 GDP 的四成以上，财政收入的一半以上来自于制造业[2]。在过去的 20 年里，我国经济很大程度上依赖于制造产品的出口，超过七成的外汇源于制造业。到了上世纪末，我国在国内相对廉价的劳动力以及国家政策的扶持，经济全球化等多方面因素共同作用下，成为了全球名副其实的制造大国，Made inChina;开始遍布全球。1.1.2 我国制造业大而不强;质量管理水平是制造业发达程度的一个重要指标，一定程度上决定了该国家或地区产品竞争力，也是衡量这个国家或地区经济发展程度的重要考量。而上文中提到的我国的制造业的强大则更多的是表现在量上，更为关键的质的问题还没有得到妥善解决，我国与发达国家的质量管理水平还有着十分大的差距，迫切面临着从制造大国向制造强国的转变。另外随着社会生产力的迅猛发展，社会产品的极大丰富，全球市场出现了一个显著的变化，既市场从卖方市场逐渐向买方市场转变。顾客的需求越来越多样化，越来越追求个性，企业为了应对这种变化开发出了很多新型的生产方式和制造技术，这些技术包括：敏捷制造（AgileManufacture）、即时制造（ust-in-time）、计算机集成制造（CIMS）等。作为这些先进制造技术载体的汽车、计算机制造等行业，关键技术与发达国家有很大的差距。而纵观我国的制造业，大部分集中在服装、日用品、食物等低端行业，产品科技含量低、文化底蕴不足、少有世界知名品牌。即使是在这些低端制造业，也主要是充当制造者的身份，而非创造者设计者。既无品牌的回报也无技术的优势，所以总的来说，我国制造业大而不强，急切寻求发展以保证在未来的国际竞争中能占有一席之地[3]。1.1.3 质量管理水平是制造业发达程度的重要指标1、质量管理与控制技术是先进制造技术的主要组成部分之一。质量不仅是反映实体满足明确和隐含需要的能力的特征总和，同时也是一个公司管理水平、制造技术先进程度、从业人员素质和生产线生产能力等诸方面的整体反映。所以提高质量控制与管理的能力、改善公司的生产状况是当今制造业的热点问题。上个世纪是人类发展最为迅速的 100 年，世界的生产能力得到大幅度提升，并且随着互联网技术的发展，全球开始形成统一的市场，消费者可以在全世界范围内挑选自己中意的产品。这个大背景使得企业间的竞争越来越激烈，而且产品的价格不再是首要的影响因素，决定顾客好恶的因素变成了产品的质量和售后服务等产品内在特征。企业的生产能力与规模不再是决胜的首要条件，市场决定了有持续改善能力、努力迎合市场的企业才能在这场角逐中生存下去。比如，上世纪 50 年代到 80 年代的日本汽车产业就是通过不断地提升自身的产品质量[4]，迎合消费者迎合市场，最终超过西方成为行业第一。2、质量是当今企业的生命。如果说在过去的企业生产活动中还能将质量与其他企业运行指标相提并论，那么现在这个时代已经结束了。随着市场全球化的步伐越来越快，每个企业都面对着来自世界各地对手的竞争。而且全球市场开始倾向于采用统一的质量认证标准，以此来促进国际贸易。自 1987 年国际标准化组织首次颁布 ISO9000 标准以来，ISO质量标准一直在不断修改、更新[5]，从而能够满足更多的消费者和生产者对标准的需求。这种市场环境使得以往通过增加产量的方式来提高企业利润的做法也逐渐失效，增加产量的同时如果不能提高过硬的质量牢牢地占据、扩大市场，多生产的产品只会成为仓库的积压品，不仅不会带来利润，反而会浪费材料、生产能力、仓库存储空间等，降低企业的获利空间。在这个时代，不重视产品质量的企业只会面临市场占有率下滑，利润减少，最终会被市场淘汰。1.1.4 过程质量控制是质量管理的趋势在质量发展的历程中，曾经经历了质量检验，统计质量控制，全面质量管理三个主要阶段。在质量检验阶段，企业设立质量检验岗位，对企业的最终产品进行全检或抽检，集中关注产品的终端质量水平。在统计质量控制阶段，企业管理人员开始统计学工具对产品生产过程进行控制，对关键的工位和加工处理操作进行监控，寻找关键控制指标并设计统计过程控制图进行跟踪[6]。在全面质量管理阶段，企业管理人员开始将质量管理的概念延伸到产品生命周期的各个阶段，包括产品设计、原材料采购、生产过程控制、产品终检和产品售后服务等。从质量管理发展历程来看，企业越来越关注质量的过程控制，将过程控制与终检结合起来一同控制产品质量。误差流（SOV）理论是上世纪末随着汽车产业的转型，生产线数据收集手段迅速发展，主要汽车厂商开展 2mm 工程等质量改善专案的背景下兴起的一种过程质量控制理论体系[7]。在汽车制造业实际应用中取到了良好的效果。本课题的目的是将这个相对成熟稳重的理论体系应用到劳动力密集型生产加工过程中去，并结合劳动力密集型制造装配过程的特点在应用的同时进行理论创新。第 2 章 质量管理和误差流理论的发展..................... 122.1 质量概念与发展阶段 .................. 122.2 过程质量控制技术 ............... 162.3 误差流理论的发展 ............... 21第 3 章 尺寸传递链的波动分析................ 303.1 传递链分析法基本原理与变异率 ............. 303.2 变异率计算软件设计与实现 ................ 323.3 变异率与其他质量指标的关系 ................. 34第 4 章 误差传递模型建立与优化................. 384.1 两阶段传递概念模型 ............... 384.2 两阶段传递数学模型 ............... 404.3 模型求解与联动控制 ............... 41总结自从休哈特控制图问世以来，过程质量控制技术已经有 70 多年的历史，现在已经成为一个庞大繁杂的知识体系。特别是随着计算机技术、通信技术和传感测量技术等的快速发展，使得不论是在学术界还是在工业界质量控制的新技术正在以井喷式的速度发展，大量的数学模型被应用在各个领域。但是随着经济全球化的加深电子商务等新经济模式的发展，企业开始面临来自全球的机遇和挑战，和世界各地的同行进行竞争，从质量管理角度讲不仅要造出质量一流的产品，而且要考虑质量控制和管理的成本。而劳动力密集型制造作为一种典型的利润率较低的制造系统，在数据采集方面有着先天的劣势。本文就是基于这种生产模式的现状并结合当前质量控制的前沿技术所做的努力。本文详细论证了 Run-to-Run 联动控制方法的理论推导和应用效果，力求从多个角度去分析这个方法的有效性和实用性，为劳动力密集型制造过程提供一个可用的工具。主要工作包括：1.提出了一种新型质量诊断方法，尺寸传递链的波动分析。包括定义变异度和变异率，变异率计算软件设计和制作，尺寸传递链波动分析和过程能力、顺序变量的秩方法等诊断方法的效果比较。2.构建了两阶段和 N 阶段联动控制传递模型，并且以优化过程输出的 MSE 得到了最优联动控制策略，为了生产实际的方便操作，还给出了这一最优策略的数据查询表形式。3.考虑到过程输入的不稳定性、数据测量人工成本和时间成本，提出了分段联动控制策略，可以在不对过程输入进行抽样测量的情况下就可以应用联动控制策略，仿真结果显示该处理会提高过程的受控性。参考文献[1] 黄德中. 21世纪制造业面临的挑战与发展方向. 组合机床与自动化加工技术, 2003, (4):3～5[2] 陈波, 陈英莫, 陈敏, 等. 21世纪初机械制造业的发展趋势. 工具技术, 2001, (8): 3～5[3] 吴敏琏. 中国增长模式抉择上海远东出版社, 2006. 227[4] Pillet M. A specific SPC chart forhttp://sblunwen./ldgllw/small-batch control. Quality Engineering, 1996, 8(4): 581～586[5] 中国国家进出口企业认证机构认可委员会办公室编，《2000版ISO/DIS9000族标准理解要点》，宇航出版社，2000，03.:[6] 沈维蕾, 赵韩, 何志成. 基于过程的质量管理信息系统建模方法. 农业机械学报, 2007, (1):177～180[7] Shi . Stream of Variation Modeling And Analysis for Multistage Manufacturing ProcessesCRCPr I Llc, 469[8] Tannoc D T. Automating Quality SystemsCHAPMANHALL, 1992. 256[9] 林志航. 产品设计与制造质量工程机械工业出版社, 2005. 258[10] 余忠华. 面向多品种小批量制造过程的SPC策略、方法与辅助系统的研究[D], 浙江大学，1999.: