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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：2023年6月28日目录一、课程设计目的和要求11、目的12、要求1二、设计题目21质量控制设计题目22实验设计题目4三、设计结果5题目一、51、寻找原因52.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73 . 工序稳定性分析及能力分析85.效果检查13题目二151.寻找原因152.工序的稳定性分析和工序能力分析153.因果分析174、制定对策计划表19题目三191.在Minitab的工作界面创建正交表192.结果分析20题目四271.用正交用正交实验表L8(24)272.结果分析29四 总结体会31五 参考文献32一、课程设计目的和规定1、目的1）加深对质量管理课程及记录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，对的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）纯熟应用常用的记录工具，提高解决实际问题的能力和相应的软件使用技能。2、规定1）规定学生能运用排列图寻找重要问题或影响质量的重要因素，学生能用Minitab软件绘制排列图。2）规定学生能运用因果图表达重要问题与影响该问题的因素，通过层层进一步的研究找出影响质量的因素，把影响质量的重要、关键、具体因素找出来，从而明确所要采用的措施，并能用Minitab软件绘制因果图。3）规定学生能运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限度，判断工序是否正常，工序能力是否满足规定；并能用Minitab软件绘制直方图。4）规定学生能运用控制图判断工序是否处在记录在控的状态，能用Minitab软件绘制控制图。5）规定学生掌握实验设计法的使用条件、制定因素水平表，正交表设计，拟定实验；实验。能用Minitab软件进行因素、水平的定义和正交表的选择，对的地把因素、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、某纺织机械厂的重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，而技术精度规定高，其中重要的技术特性值平面度规定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公司。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，连续数年来在国内同行中一直遥遥领先。公司始终坚持质量产公司的生存之本。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5.5mm的中高碳钢线村，线村拉拔成直径1.0mm-2.0mm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，用户衡量指标重要有以下几个方面：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；热解决工序运用井式炉，通过氮气保护坯条进行再结晶解决，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解决过程中的质量波动而展开各项活动，活动部定期进行。表2-1 QC小组成员情况序号姓名年龄性别职务文化限度小组职务组内分工1龚XX34男分厂厂长硕士组长负责组织协调2朱XX34男工程师本科副组长方案编制，贯彻3孙XX33男工程师本科成员技术方案实行4周XX40男热解决工长大专成员现场实行监督5顾XX32男工艺员大专成员现场实行6许XX30男操作工高中成员现场实行记录7许XX30女核算员中专成员记录现场调查：QC小组对热解决工序井式炉再结晶退火目前存在的问题进行了记录分析，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比例（%）频数比例（%）累计频数比例（%）1硬度局限性1852.9850.850.82硬度过高951.5326.176.93花斑360.589.986.84发彩280.457.794.55成色差150.244.198.66组织不好50.081.4100合计3645.86100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，拟定重要问题是什么？2.用表2-3给出的柸条硬度测定数据，运用Minitab软件对该工序的稳定性和工序过程能力进行分析（该指标的技术规定为：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X1X2X3X4X5X6XS12002001951981901922185175182180190195318519020519819519341951901921951901905180185195196192194618518518218519819571901751851831801928 205190205198200198916518218216518019010195192205188185193111961851851801821901217619619220019519413195185192185198195141951981931921951901519519819319219519016195185172195198185171861851801821851831818519021519820019819198195195193180192201981922001881851952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软件进行正交实验设计，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1302型0.702383型0.603564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。现在已经拟定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Core material和Core Diameter有交互影响，试拟定这四个因素中哪个是重要影响因素，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levelfactorCore materialLiquidTungstenCore Diameter118156Number of dimples392422Cover Thickness0.030.06三、设计结果题目一、1、寻找因素1）为了寻找出现废品的因素，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重要因素，那些加工工序是影响质量的次要因素，这样有助于找出问题的重要环节。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（%）12345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50047337537036547337537036536094.6079.2898.6798.6598.63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 pareto chart 便会跳出如下对话框，见图3-4。选择Chart defect table 在 label in 里面选择人本的一列，frequencies in 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9827555981251301351407089.8292.8694.43100图3-3 Minitab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重要因素。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重要因素取118件you精铣机梁两外角尺平面工序所导致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Ra2.5m厚度超差其他881575218810311011511711874.5887.2993.2297.4699.15100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，既为重要因素。3 . 工序稳定性分析及能力分析找出重要因素后，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规定，以拟定是否需要进行改善。平面度的目的指标为：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顺序随机抽取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171182112318417214121022113211321039131023113312431341114112415341244105141592512351245116121615268369461471417132712371047138131810281038648159111913291239114912109201230940145013运用该数值绘制单值控制图，选择 stat control charts variable chart for individuals，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，依据控制图判断鉴定工序在控。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。运用表3-8的数据进行工序能力分析，在Minitab的工作表中，选择 stat control charts capability analysis 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，表白工序能力局限性，需要采用措施，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%以上的目的。 4.因果分析为了找到影响机梁平面度而导致不合格品的因素。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 quality tools course and effect 便会跳出，见图 3-12 和图3-13。大因素里面只有一个小因素的，可以选择constant直接输入，对于大因素里面的多个小因素的先在表格里面输成一列，在causes里面选择。对于多重子因素的可以再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导致不合格的因果图，见图3-14。图3-14影响机梁平面度而导致不合格品的因果图对图3-14列出的诸多因素进行逐项分析，找出下列五条为影响机梁平面度质量的重要因素：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妥引起的弯曲变形，将对继机梁导致直接的影响。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规定的一角尺面，后加工无平面度规定的一角尺面，这样会导致有平面度规定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立在工件下端，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，由于过去工艺文献中未定切削参数，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因素，由于机梁结构上为长向薄壁形，自身刚性比较差，本来刀具的前角=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，针对重要因素制定对策计划，见表 3-15表3-15 对策计划表序号要因项目目的措施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善力点，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不合理改善刀具前角，合理选择修光刃圆弧5.效果检查（1）测定工序能力指数。将进行了质量改善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，并绘制改善后的工序能力分析图，见图3-17表3-16 改善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11211112111311241102121213221232133212311131123133312431141314112411341244125121512251135124510613161226123611461271117112713371247138131812281338134813912191029123910491010122012301140115012图3-17 改善后工序能力分析图改善后，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成了目的。（1）前后合格率比较。改善后机梁加工工序的一次合格率测试值见表3-18。表3-18 改善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（%）12345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500482460452446482460452446440964095.4398.2698.6798.65M=964%*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.寻找因素根据表2-2绘制缺陷项目排列图，见下图 3-193-19缺陷项目排列图 由排列图可以看出，重要问题：从缺陷项目排列图上可以知道，硬度局限性、硬度过高以及花斑（共占85.4）是导致缺陷的关键因素，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重要的因素之后，对热解决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规定，以拟定是否需要进行改善。坯条硬度指标的技术规定是：190，最大不超过205，最小不低于180,。从该工序中依次加工顺序随机抽取120件产品，提成20组，每组6件（得到的数据为题目已知）。运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，表白工序能力局限性，需采用措施，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导致不合格品的因素，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 影响金属针布导致不合格品的因果图对上图列出的诸多因素进行逐项分析，找出下列6条影响金属针布硬度大小和花斑质量的重要因素：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解决在该工艺中，经退火后的圆丝表面氧化脱碳，导致在针布后道热解决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）是金属针布重要技术参数之一，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纯熟度和操作工序的水平将会很大限度影响到产品的性能，并且劳动强度大，加上工作场地燥热（热解决车间）、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限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，针对重要因素制定对策计划表3-24表3-24 对策计划表序号重要因素项目标准措施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善技术 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 采用岗前培训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1302型0.702383型0.603564常规0.47现在运用正交实验设计与Minitab软件求解：1. 在Minitab的工作界面创建正交表1）在Minitab工作界面创建正交表，见图3-26图3-26 创建正交表2. 结果分析2）在正交表中，拟定实验类型，选择水平数为3和因子数为4，见图3-27，点击Display Available Design，可得图3-28，选择Single-Level，按ok，拟定实验次数，见图3-29和3-30图3-27选择水平数和因子数图3-28拟定因子间互相关系图3-29拟定实验次数图3-30拟定实验次数 3）在正交表中，拟定实验因子属性。在实验因子的属性表中输入各因子的名称和所占的列，见图3-31和3-32，在图3-33中输入各因子名称、数值和所处的列号，见图3-34，按ok，选择，保存因子，水平到工作表中，见图3-35和3-36。图3-31 拟定因子的属性和安排的列（一）图3-32拟定因子的属性和安排的列（二）图3-33 输入因子的属性和安排列图3-34选择、保存因子、水平到工作表中图3-35选择、保存因子、水平到工作表中4）图3-35的正交表中输入衡量实验效果的参变量，在本案例中衡量实验效果的参变量位“偏差量，见图3-36。图3-36输入衡量实验效果的参变量5）对图3-33所示的实验数据进行分析，在Minitab的工作界面里，按如下图环节分析实验数据。见图3-37和3-38。图3-37 分析实验数据（一）6）选定响应变量分析图，界面见图3-39。7）定义、分析响应变量，界面见图3-40和3-41。8）结果分析，见图3-42图3-43。图3-38分析实验数据（二）图3-39响应参变量的分析图图3-40定义、分析响应变量（一）图3-41定义、分析响应变量（二）图3-42结果分析显示界面（一）图3-43分析显示界面（二）从对均值的重要影响图中，可以看出切削速度应选水平3，刀具数量应选水平2，刀具种类应选水平2，进给量水平应选3；既A3B2C2D3，即切削速度应选56，刀具数量应选3，刀具种类应选型，进给量应选0.47。题目四1.用正交用正交实验表L8(24)用正交实验表L8(24)进行实验，试用Minitab软件进行分析实验结果， 拟定最佳制造条件。生产表3-44如下： 表3-44 正交表Core materialCore DiameterNumber of dimplesCover ThickDriverIronLiquid1183920.03274.5234.3Liquid1184220.06224.4214.5Liquid1563920.0659.449.5Liquid1564220.0375.972.6Tungsten1183920.06155.1148.5Tungsten1184220.0339.629.7Tungsten1563920.0392.482.5Tungsten1564220.0621.918.6在正交表中，拟定实验设计的类型，选择水平数为2和因子数4， 见图3-45图3-45选择水平、因子数衡量效果的指标为Driver和Iron 如下图正交表图3-46 衡量指标正交表对图3-46所表达的实验数据进行分析；在Minitab的工作表界面里，依记录DOE田口分析田口设计环节来分析实验数据，见图3-47和图3-48、图3-49、图3-50。图3-47分析实验数据图3-48 响应参变量分析图3-49定义、分析响应变量图3-50定义、分析响应变量（一）2.结果分析结果分析如图3-51 3-52 3-53所示：图3-51 均值的重要影响图图3-52均值交互作用图图3-53均值响应表从对均值重要影响图中可以看出，material应选水平1，Diameter应选水平1，dimple应选水平1，Thickness应选水平1；即A1B1C1D1，亦即Core material应选Liquid，Core Diameter应选118，Number of dimples应选392.Cover Thickness应选0.06。四 总结体会局限性一个周的质量管理与可靠性的课程设终于完毕了，虽然时间不长但是学到了不少东西。可以使用Minitab软件的一下基础功能，如进行生产排列图，均值极差控制图，因果图以及正交表等。并且能快速有效的解决实际的质量控制相关问题问题，为公司的生产运作提供高效的质量控制和管理。在本次课程设计中，通过对实例的分析解决，让我对质量控制这门课程有了更加深刻的结识。在学习了理论基础之后，可以通过课程设计的形式把知识运用到实践中去，使理论与实践相结合，锻炼了我之后到公司的实际工作能力，分析和解决问题的能力。五 参考文献1.质量管理与可靠性 张宝根主编 中国科技出版社2023年7月2.工业工程专业课程设计指导书 蒋祖华主编 机械工业出版社 2023年3月