计算机辅助统计过程控制(SPC)的与应用

0引言

统计过程控制（StatisticalProcessControl,SPC）是一种运用数理统计方法进行过程控制的技术.国外很多大公司的质保体系中,大多包含有具体的统计质量控制技术,在ISO9000质量体系中,也特别强调统计质量技术的应用.然而传统的SPC完全依靠手工计算和人工判断,繁琐的计算和复杂的模式识别给SPC的推广应用带来困难.为此,出现了利用编程语言实现计算机辅助统计过程控制（ComputerAidedStatisticalProcessControl,CA-SPC）的软件系统,并将人工神经网络（ANN）技术用于SPC中控制图的异常模式识别,效果也比较明显.本文就针对这种计算机辅助统计过程技术展开讨论.

1CA-SPC面临的问题

（1）统计分析

SPC工具种类很多,常见的如Shewhart控制图、抽样检验分析工具、3σ分析、Pareto图等,如何针对数据特征和分析目的选用合适的工具非常重要,需要结合人工智能技术,依据一些规则和以往的经验做出选择.然后对数据运用计算机技术进行计算分析、绘图,再由专家对分析结果进行讨论与诊断,从而采取相应的措施改进工作.

（2）信息集成

完善的CA-SPC系统必须与企业的生产、设计以及管理信息系统有机地集成在一起,通过企业的Intra/Inter.和共享数据库使设计、制造、检测、质量控制一体化,以更好地发挥CA-SPC的作用.

（3）实时监控

CA-SPC的一个重要功能就是运用控制图对生产过程中的工序状态进行监控,一旦出现异常,随时发出报警信号.运用ANN进行控制图的异常模式识别,并由专家系统对模式识别的结果进行解释,找出影响质量的主要因素,并及时采取纠正措施,从而保证生产过程稳定、正常地进行.

2总体功能结构

统计过程控制系统主要包括数据文件类型的确定、数据的输入与存贮、工序参数与控制图参数设置、数据统计与分析、绘制分析图与控制图及诊断、最后到数据报表输出与控制图打印输出等数据处理全过程.从功能上划分,系统主要包括文件管理、信息管理、绘图统计分析、报表生成与编辑等功能.其系统功能模块与工作流程图如图1,图2.

3功能简介

（1）文件管理功能

文件管理功能包括建立各种计数文件和计量文件,以及各种图表文件存储删除管理,还包括对文件类型的分类管理.比如计量文件类型分常规计量文件、目标型计量文件、比例型计量文件、群图文件、量具分析文件.

（2）信息管理功能

信息管理功能包括各种质量信息通讯、采集与集成,以及对本地数据库数据、网上数据、实时在线数据的管理操作.

（3）绘图统计分析功能

绘图统计分析功能运用计算机技术实现各种常用的控制图编制和分析.这其中包括各种分析用图、计数控制图、常规计量控制图等等.同时还可以包括自定义的各种分析图表,如条形图,面积图,组合图等.在这些SPC分析工具中,计量型控制图和记数型控制图最为重要,计量型控制图中的均值―级差为最常用的计量控制图,适用于诸如长度、重量、时间、强度、成分以及某些电参数的质量控制.常用的记数型控制图有控制不合格率的P控制图、控制缺陷的C控制图,其部分计算公式示例如下：

（4）报表生成与编辑

报表生成与编辑功能包括本地报表的自动生成、远程数据本地生成报表和本地数据异地生成,同时还包括对报表的编辑,重新制表,以及附加分析等.

4系统关键技术的实现

在实施产品质量控制当中,各类控制图以及其他分析图图表的绘制与分析至关重要,是整个统计过程控制中的核心内容.同样在CA-SPC系统中,承担这部分任务的绘图统计分析模块也就极其重要,不仅如此,而且也是实现CA―SPC系统中的难点,下面本文就以比较常用的PowerBuilder软件开发工具为例,提供一种实现CA-SPC系统中绘图统计分析功能的方法,以此来探讨比较通用的做法,此方法的关键技术如下：

4.1数据处理与准备

在CA―SPC系统开发过程中,从数据库经查询得到的数据一般不能直接用于生成所需的图表,而需要经过一定的处理,对于不同的SPC分析工具,数据处理的方法也不尽相同,例如在排列图分析中,如果数据库中的原始数据是对一批产品的不合格原因的记录,那么所要做的处理工作是：

（1）列出所有出现过的各种不合格原因；

（2）统计各种不合格原因发生的频数；

（3）将各种不合格原因及其发生的频数按频数降序排列.

以上工作若在数据导入系统前台之后再用程序来处理是比较繁琐的,而用SQL语句在查询时对其中满足指定条件的记录进行上述处理则是较易实现的,检测设存贮数据的字段名为“不合格原因”则上述过程用SQL语句可表示为：

通过如上述形式对后台数据库的操作,即可以方便的对排列图的原始数据进行处理.

4.2运用图表控件绘图

PowerBuilder支持WINDOWS具备的对象连接与嵌入功能（即OLE功能）,因而可以直接在窗口上放置OLE2.0的控件,然后将WINDOWS支持的OLE对象连接到OLE2.0控件中,这样就能在PowerBuilder应用中利用OLE怎么写作器的命令和函数完成对OLE对象的操作工作.针对CA-SPC的绘图特点,这里选用比较通用FormulaOne图表控件和FirstImpression图象控件通过OLE功能嵌入到软件系统当中结合使用,以实现CA-SPC完美的绘图功能.

FormulaOne控件能为开发者提供了完整而灵活的表格应用,它配备一个工作簿设计器,能够读写Excel7.0/97/2000文件,并且配备一个独立的网格支持数据库应用,包括一些ODBC方法进行数据库的连接,支持统一的数据传输和简单的数据绑定.而FirstImpression控件为优秀的图象控件,可以根据数据绘制各种图形,同时此控件还用于单独按数据显示图形,或者读取电子表格和FormulaOneActiveX网格数据显示图形.因此运用FormulaOne控件和FirstImpression控件实现CA-SPC系统的绘图统计功能,首先必须通过程序把两者有机结合或剥离,并根据控件属性修改控件显示界面,并调用FormulaOne控件的计算函数,修改和增强绘图统计功能,以适用CA-SPC系统的要求.例如,对于最为重要的控制图,要做如下处理：

（1）首先要对输入信息是否为检验样本数据进行识别,以区分检验样本数据和表头样本名称,从而为下面的绘图做好准备,其具体识别方法根据样本数据和表头样本名称的数据类型来确定,样本数据一般为数值型,而表头样本名称为字符型.

（2）调用FormulaOne控件函数,根据所给的样本数据计算控制图中三条控制线CL、UCL和LCL的值.

（3）根据统计过程控制图的实际需要设定参数,以设定表格和控制图的类型及大小.

（4）对控制图中的超出上控制线或下控制线的一些特殊点进行标识,并向用户预警.

4.3数据库和OLE对象与图表控件中数据的信息传递

实现CA-SPC的绘图功能,必须把样本数据送到图表控件加工再返回,这些信息传递工作主要包括FORMULAONE文件与窗口中的OLE对象之间进行读写操作和数据库与FORMULAONE文件之间进行读写操作,这些操作都可以通过更改对象属性并结合软件程序来实现实现,例如将FORMULAONE文件读入到OLE对象,可用Ole_1.object.read（“filename”,refreturn1）编程语句实现.

5应用实例

下面介绍一个CA-SPC系统应用实例,该实例为某空调电机企业的质量控制信息系统中的统计过程控制分系统,此系统采用Client/Server结构,以PowerBuilder8.0为开发前台,MSSQLSever2000为数据后台,并用上所述关键技术完成对管理系统的开发,在实际生产当中取得了良好效果,其部分软件模块如下图所示：

6小结

在现代企业生产管理过程中,对产品质量的控制十分重要,质量是企业的生命,是否采用先进的质量控制技术关系着企业的存亡.而在质量控制当中,统计过程控制的方法十分重要,但传统的统计过程控制方法效率低下,必须相应改进.在计算机技术飞速发展的今天,采用计算机辅助统计过程控制对产品质量进行控制无疑是十分必要,本文正是对此而展开研究,此外本文介绍的系统应用实例,目前运转良好,极大的提高了企业质量控制运作效率,该系统还可以进一步推广到其他企业,具有良好的应用前景.

[责任编辑：杨玉洁]