基于Labview开发统计过程控制软件

基于Labview开发统计过程控制软件

0引言

统计过程控制(statisticalprocesscontrol，SPC)是一种最有效的质量改进方法。统计过程控制技术主要指运用休哈特的过程控制理论即控制图来检测产品在生产过程中的各个阶段(工序)的质量特性，根据控制图上的特征值点分布状况，分析质量特性的趋势，并采取预防措施确保生产过程始终处于统计控制状态，从而达到改进与保证质量的目的。正是由于SPC在质量管理中的重要性，国际标准化组织(ISO)也将其作为ISO9000质量体系认证的一个要素。美国三大汽车工业集团的QS9000认证也将SPC列为一项重要的内容。鉴于此，世界许多大公司不仅自身采用SPC，而且要求供应商也必须采用SPC控制质量，SPC业已成为企业质量管理必不可少的工具[1]。

Labview提供开发统计过程控制软件的VI，使开发统计过程控制软件的难度降低，可根据质量人员的需要快速开发统计过程控制软件，使统计过程控制理论的应用得到广泛推广。

1SPC基本理论

在生产过程中，仅有相互独立的偶然性因素影响时，产品

特性值x会服从正态分布即x-N(2

)，＜＋３＝

０．９９７３。x落在如图1所示以

、

为上下控制限外的概

率之和只有0.27%，这是个很小的概率，出现这样概率的事件称为小概率事件。根据概率统计理论，小概率事件在一次实验中是不会发生的，如果发生了则说明原来的分布受到了系统性因素的影响处于失控状态，控制图就是将概率论的这种理论运用于生产实践的抽样[2]。

1.1控制图

控制图是用来区分质量特性波动是由异常原因引起的异

常波动还是由过程固有的随机原因引起的偶然波动的一种工具。图中常有中心线(centralline，CL)，上控制限(uppercontrollimit，UCL)和下控制限(lowercontrollimit，LCL)，并有按顺序抽取的样本统计量数值的描点序列，其示意图如图1所示[3]。

在图1中，上控制限

UCL=

2

(2)

下控制限

LCL=

2

－

459－

基于Labview开发统计过程控制软件

值

UCL数

量计CL统本样LCL

O

时间或样本序号

图1控制图

根据质量统计的长期经验表明，

32

=3，

则

，

，然

后再根据取伪错误的概率

取为0.27%，

然而

就大。为减小取

伪错误，对于控制图中的控制界限内特征值点增添了取伪错误判别准则：界限内特征值点排列不随机就判为异常。因此，判断异常的准则就有两大类[4,5]：

控制界限内特征值点排列非随机就判为异常。控制界限内特征值点排列非随机，又有以下具体的判断准则：

(1)连续7个特征值点或者更多特征值点在中心线的同一侧；(2)连续11个特征值点中至少有10个特征值点在中心线的同一侧；连续14个特征值点中至少有12个特征值点在中心线的同一侧；连续17个特征值点中至少有14个特征值点在中心线的同一侧；连续20个特征值点中至少有16个特征值点在中心线的同一侧；

(3)连续7个特征值点或更多特征值点呈上升或下降趋势；(4)特征值点屡屡接近控制界限，属于下列情况之一时，则可判定特征值点排列不随机：连续3个特征值点中至少有2个特征值点落在2倍标准差(

2

)控制界限之内；

连续7个特征值点中至少有3个特征值点落在2倍标准差(

2

)控制界限之内；连续13个特征值点中至少

有4个特征值点落在2倍标准差(

2)控制界

限之内；

(5)特征值点距离中心线在1倍标准差(

1

3

3

－460－

=min

,(6)

式中：USL——公差上限，LSL——公差下限。

2Labview概述

Labview是实验室虚拟仪器集成环境的简称，是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境，摒弃了传统开发工具的复杂性，为用户提供强大功能的同时还保证了系统灵活性。Labview将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在了同一个环境中，可以在自己的平台上无缝地集成一套完整的应用方案[7~9]。

Labview是一个开放式的开发环境，用户可以将其与任何测量硬件轻松连接。Labview的交互式测量助手、自动代码生

成以及与成千上万个设备的简易连接功能，使它能够如此轻而易举地完成数据采集。

Labview带有超过450个内置函数，专门用于从采集到的数据中挖掘有用的信息，用于分析测量数据及处理信号。

Labview提供一系列工具用于数据显示、用户界面设计、Web信息发布、报告生成、数据管理及软件连接。

选择Labview

作为开发工具主要基于以下两点的考虑：

Labview针对各种应用领域开发了相应

的软件组件，使得开发人员在开发过程中，避开一些繁琐的底层开发，缩短了开发时间。

3系统开发

本课题以装配与检测生产线为对象，开发了上位机监控

统计软件。使得SPC所需的对大量数据实时收集、计算和分析可以借助于计算机软件轻松地实现[10,11]。从功能上分，该软件可分为以下5个部分。

3.1数据采集部分

该软件统计方式有3种(日统计、月统计、实时统计)，因此

有3种数据采集的方式：对于日统计，每小时采集4组数据；对于月统计，每天采集两组数据；对于实时统计，每采集5个数据为一组。应用Labview的数据库VI开发采集数据程序，根据统计方式的不同，编写相应的采集数据程序，采集的数据每5个为一组，存入二维数组Array中。

3.2数据分析部分

从二维数组Array中依次取出每行数据，调用Labview的

均值级差VI进行均值和级差运算，计算完成后调用Labview的ChartVI，使计算结果在X－bar和Range－bar中显示。

当X－bar和Range－bar中显示的数据点多于“计算控制限的最少样本数”时，该软件根据式(1)、式(2)和式(3)计算出两个Chart的上下控制限和中线。经过长期统计分析，两个Chart的上下控制限可由经验获得，这时可以把“输入控制限手动/自动”改为自动方式，并输入经验控制限，则Chart上下

控制限就可根据经验控制限进行统计分析。

第1种准则判断，若计算出的特征值点超界，则相应Chart右上方的圆灯变亮进行报警。

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第2种准则判断，若存在非随机(异常)情况，在统计界面的下方的突起型方块中将显示出两个Chart中从第几个控制点开始违反了第几条判断准则。

Labview提供了几乎所有类型控制图的计算分析数据的VI，使得具体的计算过程只需要调用Labview提供的相应的VI即可完成计算，减少了开发程序的工作量。

另外，Labview还提供了计算上下控制限的VI和非随机的判断准则的各个VI，使得开发复杂性大大降低，质量管理人员并不需要购买专门的统计过程控制软件，可根据具体生产设备的需要快速开发统计过程控制软件。

3.3计算过程能力部分

根据上文中提供的公式计算过程能力系数。

当Cpk>1.67时，表明过程能力过高，可以放宽对质量特

性值波动的上下界限制，也可以改用精度稍差的设备，以降低成本。

当1.33<Cpk<1.67时，表明过程能力充足，是一种理想状态。当1.00<Cpk<1.33时，表明过程能力尚可，应该注意控制，防止发生大的波动；

当Cpk<1.00时，过程能力不足，应分析原因并采取必要的措施。

3.4直方图分析部分

根据统计界面对直方图的上下限和分块数 …… 此处隐藏：3329字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……