SPC在航空航天紧固件制造过程中的应用

本文简述公司在航空航天紧固件制造过程中，对关键控制点运用统计技术SPC对过程进行监控。

重点介绍了SPC的实施过程以及实施过程中应注意的问题。

1.统计过程控制

1.1统计过程控制定义

SPC是统计过程控制的简称，即统计过程控制，主要是指应用统计分析技术对生产过程进行及时监控，科学区分生产过程中产品质量的随机波动和异常波动。

从而对生产过程的异常趋势进行预警，使生产管理人员能够及时采取措施消除异常，恢复过程的稳定性，从而达到改善和控制质量的目的。它是目前紧固件行业应用较为广泛、较为成功的质量管理方法之一。

1.2程控技术原理

在生产过程中，产品加工尺寸的波动是不可避免的。它是由人、机器、材料、方法和环境等基本因素的波动引起的。

波动有两种:随机波动和异常波动。

随机波动是偶然原因(必然因素)引起的，对产品质量影响不大，技术上难以消除，经济上不值得消除。

异常波动是由系统原因(异常因素)引起的。对产品质量影响很大，但可以采取措施避免和消除。过程控制的目的是消除和避免异常波动，保持过程受控。当过程中只有随机波动时，过程的质量特征呈现正态分布。

1.3程控实施的重要作用

产品的质量关系到公司的声誉和生存。

在生产过程中，大批量生产的情况下，如果公司整体检验不称职(或不经济)，随机检验无法保证产品质量。在这种情况下，运用科学的质量管理方法(SPC)对产品的过程质量进行控制，及时发现生产过程中的异常情况，采取措施进行改进，将质量隐患消灭在萌芽状态，真正做到防患于未然。

从而有效控制制造过程，不断改进提高产品质量。

2.航天紧固件产品的特点

2.1产品类型介绍

公司生产的紧固件产品主要涉及国标、GJB、QJ、HB和企业标准，包括各种等级、材料和强度的各类螺栓、螺母、螺钉、自锁螺母、铆钉、垫圈、销和锁。

2.2某型高锁紧螺栓产品关键控制点

选择高锁紧螺栓作为程控过程控制的研究对象。高锁螺栓包括螺纹、头部和光杆，尾部为内六角扳手结构。以某型号钛合金高锁螺栓为例，其产品结构图如图2-2所示。

从图中可以看出，该产品对光杆的加工质量要求极高，要求表面粗糙度在Ra0.8以上，包括涂层在内的尺寸公差仅为0.025mm，为了给最终的表面涂层留有余量，加工时光杆公差控制在0.014mm以内。为了保证尺寸精度，在加工中采用无心磨削来磨削连杆。

3.SPC在某型高锁紧螺栓产品中的应用过程

使用程控方法。这需要一定的人力、物力和财力。因此，在正式实施之前，应进行详细的规划和充分的准备，以确保实施的可靠性和有效性。程控一般按以下程序实施:

3.1成立太平洋共同体秘书处工作组

成立SPC工作组，明确工作职责。相关人员应包括质量负责人、信息技术人员、质量人员、检验人员和生产一线工人。主要职责应包括资源分配、流程实施、信息处理、实施监控、信息维护、周期规划和节点跟踪。

3.2对所有员工进行程控培训

公司质量主管部门要向全体员工讲述应用SPC统计过程控制方法对产品质量的重要作用和意义，使员工意识到应用SPC对产品质量进行思想控制的重要性；

组织质量管理人员和技术人员学习SPC的基本原理、控制图的选择、标绘点的方法、控制界限的计算、过程能力指数的计算等应用技术；

对现场操作人员进行程控知识培训，重点是控制图的计算和绘制、判别标准的应用等。通过培训，员工可以提高对9PC理论的理解，深刻理解应用SPC控制程序的重要性和SPC必备的理论知识，为SPC工作打下良好的基础。

3.3确定程控关键变量的原则

不是所有的过程都是用SPC统计方法控制的，需要根据不同的要求来确定。但一般原则如下:

对产品的性能、精度、寿命、可靠性和安全性有直接影响的零件的关键特性和重要特性；

图纸中给出的关键和重要特征；

频繁故障的质量特征；

对下一道工序影响较大的质量特征；

顾客明确要求的过程等。

本次选择某型号钛合金高锁紧螺栓光杆作为磨削过程中的控制对象。

3.4选择合适的控制图

根据控制点的性质选择控制图。对于连续测量的质量特征值，如长度、重量、强度等计量数据，应选用均值-极差控制图(—R图)和均值-标准差控制图(—S图)；

对于不连续的质量特征值，如不合格品数量、不合格品和铸件缺陷数量，应选择不合格品率控制图(P图)、不合格品数控图(PN图)、不合格品数控图(C图)和单位不合格控制图(U图)。

由于该控制点的对象是某型号钛合金高锁紧螺栓光杆磨削过程的尺寸控制，因此选用均值-极差控制图。

3.5检查测量系统。

测量系统的受控状态和精度对SPC数据的真实性和正确性至关重要，否则会影响SPC数据的准确性，导致浪费甚至误导。

SPC过程的测量系统必须严格分析和检查。对于某型号钛合金高锁紧螺栓的光杆测量，检查SPC千分尺和SPC控制系统，确保合格有效。

3.6收集控制图数据

每个控制点至少收集25组数据，每组5-10个数据，并制作控制图进行分析。大多数生产过程在第一次采集数据时，往往会有异常点和异常因素，处于不稳定状态。

非统计控制的异常点必须消除，非稳态过程必须调整到稳态。只有检查后处于统计控制状态的控制图才能用于过程控制。

3.7确定过程能力指数

控制图控制后，计算过程能力指数。过程能力指数是指通过比较过程能力与过程目标，即过程满足产品质量标准(产品、规格和公差)的程度，定量描述的数值。一般表示为CP或cpk。

Cp=T/6σ=(USL-LSL)/6σ

其中t为技术犬的耐受范围，USL和LSL分别为上、下控制线，σ为质量特征分布的群体标准差。经计算，某型号钛合金高锁紧螺栓光杆加工能力指数CPK为1.83。

根据过程能力的评价标准，过程能力过高，可以适当考虑放松特征波动的控制，以保证质量，降低质量成本。

或者CP CPK越大，加工能力越足，产品的加工质量越高。但此时对设备、原材料、操作人员的要求越高，加工成本也就越高。因此，一个过程的CP的价值取决于需求和可能性，或者客户的要求。

4.程控实施过程中应注意的几个问题

4.1不同人群的数据不能混在一起。

如果材料发生变化，控制图的异常点会比以前多。比如用两台设备加工的特点，削弱了控制图对异常检测的灵敏度，控制图上的点全部集中在中心线C区域，会导致控制界限过宽的现象。

4.2注意单侧公差的控制特点

对于这些特征值，如平行度、垂直度、圆度、跳动等。，只指定了单侧标准，无法确定其范围和中心。此时，质量特性分布中心和标准极限之间的距离决定了过程能力的大小。

4.3取样时，要求连续取样。

不连续采样容易造成样品内部差异大，样品之间差异小，在此基础上确定的控制限较宽，削弱了控制图对异常检测的灵敏度，不易反映生产过程中的变化。

4.4应根据控制特性的要求，提高测量系统的精度。

系统精度不足引起的测量误差会导致控制图上出现周期波。

4.5质量配送中心应与标准中心一致。

控制图第一步获得初步数据后，需要对质量处理中心进行调整。当用于分析的扩展控制图的控制极限转化为控制图的控制极限时，质量配送中心将偏离标准中心，这将增加不合格品率，降低过程能力CPK。

5.总结

由于使用环境的特殊性，航天紧固件产品对产品质量提出了更高的要求。我们通过科学的质量管理方法理论和统计技术SPC来控制过程，以确保产品质量。