第一章 绪论
1.1 背景
SPC 统计过程控制是通过统计分析技术对生产过程进行实时检控的质量管理方法，借助统计分析数理技术可以把生产中的随机波动与异常波动区分开[1]，进而可以实现对异常波动进行预警并提醒操作人员立即采取措施以防止异常的发生，最终能够实现提高产品质量、降低生产成本的目的[2]。统计过程控制理念发展至今已逐渐被人们认可，随着中国加入 WTO 组织，企业间的竞争更加激烈，而且许多外商认为没有 SPC 质量就不能保证，并且一些企业也因为没有实施 SPC 而在国际贸易中失去了重要的客户。在这样的环境下，SPC 得到了快速的发展，目前，已出现了多种通用统计过程控制软件，如 Minitab 等。但这些软件通常处于孤岛分析状态，不能很好地实现信息共享,也不能按预期规划进行自动分析处理[3]。上海飞机制造有限公司是以民用飞机制造为主业的中央企业，目前承担了 ARJ21支线飞机及 C919 大型客机的总装制造任务，同时还承担了波音 737-NG 飞机的水平尾翼及空客 A320 货舱门的制造任务。在二十世纪末，通过对波音平尾的转包生产，上飞公司就开始接触并使用统计过程控制工具，但对飞机零部件的统计过程控制的应用未进行系统的研究，数据统计分析的方法还停留在依靠EXCEL处理的初级阶段，上飞公司对统计控制工具的应用并不理想。随着大型客机被列入国家重大专项，上飞公司承担了实现中国大飞机翱翔蓝天梦想的责任，面对国际波音、空客航空巨头的重压，上飞公司意识到要在航空领域占领一席之地，则必须在航空制造技术上进行突破。上飞公司成立了航空研究所，对复合材料零件制造技术、特种工艺技术等进行了研究。统计过程控制作为质量保证的重要手段，作为《C919 大型客机数字化先进检测技术公关》课题的子项目被列入了上飞公司的专项研究项目之中。
…………
1.2 研究目的和意义
基于航空产品是要求高质量、高安全的产品，航空企业采用了目前为止最严格的质量体系标准 AS9100（航空、航天和国防组织质量管理体系要求）。AS9100 系列标准包括航空航天质量管理体系要求、质量管理体系的评估、航空航天首件检验要求、关键特性的波动管理等方面的内容，明确了航空零部件制造的质量策划、持续改进、过程控制、过程检验和试验、统计技术、产品和过程的确认等要求。这些要求确定了统计过程控制在航空制造中的必要性，通过统计过程控制可以防止缺陷的发生、可以分析出过程是否处于受控状态及稳定状态、也可以分析出生产过程能力是否满足要求。本文研究的目的和意义：通过对飞机零部件统计过程控制进行系统化的研究，确定飞机零部件重复性及再现性分析方法，确定用于飞机零部件统计的统计控制图，确定飞机零部件统计数据的关键特征的识别方法，建立智能化的具有实际应用价值的 SPC 反馈预警系统，最终形成系统化的飞机零部件质量控制手段，以确保飞机零部件的质量、预防和降低报废率。本论文对航空制造企业的统计过程控制的过程进行了详细的论述，对目前国内航空企业中充分、全面、完善的应用统计过程提供了借鉴。
……………
第二章 统计过程控制的研究对象--数据
2.1 零部件关键特征
大型飞机通常由几百万个零件构成，每个零件又有多项特征尺寸，对所有几何特征都进行统计过程分析是不必要、不经济的。对飞机零部件进行分析，找出并确定需进行统计过程控制的零部件关键特征是飞机统计过程控制的重要内容之一。关键特征（简称 KC，即 Key Characteristic）指其波动对产品的装配、性能、使用寿命或可制造性等产生重大影响的材料、零件、装配件或系统的特性。关键特征通常包含三个方面的内容：1）材料、零件、组件或系统的关键特性是那些选取的材料属性、几何尺寸特征、功能和性能特性，这些属性、特征、特性是可测量的，对它们的波动进行控制对于满足顾客要求、提高顾客满意度、提高产品质量水平是必须的；2）过程的关键特性是指在过程中起关键作用的特征参数，这些过程参数是可测量的，这些过程参数对于零件、组件或系统的关键特性的波动具有重要的影响；3）替代关键特征是指用于替代材料、零件、组件或系统的关键特征的特征，当顾客定义的关键特性在生产过程中不易测量，为了保证顾客的需求得到满足，需要寻找可测量的替代关键特征进行分析控制[6]。关键特性通常是由并行工作小组 IPT 团队来选择和定义，关键特性应该是动态的而非一成不变的，当选择错误或条件发生变化或新信息的出现时，都应该对关键特征进行重新评定。在实际生产中，也需对关键特性进行定期考察，并进行动态取舍。
…………
2.2 统计数据抽样方法
统计数据的抽样对统计过程控制分析具有重要的影响。统计过程控制所用数据的抽样不同于产品的合格检验抽样，对于航空产品，采用的是全检的方式，而不一定需要这些所有的数据都用于统计分析，处于研发、返修等过程中的检验数据不能用于统计过程控制。用于统计分析的数据的抽样必须满足统计的需求，否则，根据这些数据建立的控制图，将不能体现生产的实际情况，统计分析将失去它应有的作用。基于飞机短期内产品生产的小批量特点，对飞机零部件的统计数据采用全架次抽样的方式，以获取足够的统计分析数据。统计数据抽样的一般要求包括：被抽取的数据必须能够代表日常的、正常的生产过程状况，是从正常的生产中抽取的数据，而非特殊过程中产生的数据；应该明确抽样的子组的大小，并将抽样子组的大小固定下来，不要经常变动，一般子组的大小取 3-5 个，当生产率低时，子组大小可以为 1 个，对于计数型图表，采用较大量的抽样量；子组的测量必须是相互独立的，且和日常生产相同的测量方式，对子组数据必须按实际的生产顺序进行记录；子组的抽样频度（指抽样数量占总数量的比）必须和经济性相结合，即要经济，又要能够达到有效的统计控制，避免失控，当能够满足控制要求且过程能力超过最低要求时，可以减少抽样频度，在过程和过程能力稳定前，通常采用较高的抽样频度；在建立控制界限的初期，为了快速建立控制界限，可以在初期进行 100%的抽样。
…………
第三章 统计过程控制中的量具研究 ..... 14
3.1 量具重复性、再现性(R&R)分析相关概念..... 14
3.2 量具重复性、再现性分析实验........ 16
3.3 上飞公司原有的量具能力分析图表举例...... 16
3.4 上飞量具能力分析的改进...... 17
3.5 本章小结........ 18
第四章 统计过程控制图 ......... 19
4.1 统计过程控制图的原理........ 19
4.1.1 统计过程控制图........ 19
4.1.2 统计过程控制图原理.... 19
4.2 上飞原统计过程控制图概况.... 20
4.3 统计过程控制图........ 22
4.4 统计过程控制方法探索........ 44
4.5 控制图判异原则及原理........ 50
4.6 过程能力 Cp、Cpk ...... 51
4.7 本章小结........ 54
第五章 飞机零部件统计过程控制系统开发 ..... 55
5.1 统计过程控制系统总体方案.... 55
5.2 数据的正态分布判定.... 55
5.3 SPC 统计过程控制系统数据库的建立 ........ 56
5.4 基于网络的客户/服务器系统介绍..... 58
5.5 SPC 统计过程控制系统的实施与管理 ........ 60
5.6 本章小结........ 61
第六章 统计过程控制应用举例
6.1 零件的测量值
从测量数据可以看出，此零件的数据为典型的多特征值数据，应使用多特值控制图进行分析。根据第四章所述上飞使用的多特征控制图有 3 种（对每个特征值单独使用统计控制图、T2控制图、三相控制图）。由于特征值数量很多共 26 个，根据统计分析的理念，不需要将所有特征值都用于统计分析中，实际操作中选择具有代表性的点 IP1、IP2、IP4、IP7、IP9、IP11、IP13、IP14、IP16、IP18、IP20、IP23、IP25、IP26 共 14 个特征值用于统计分析。若采用对每个特征值单独使用统计控制图的方法，则需要绘制 28 个控制图，因此，不采用此方式；最终确定采用T2控制图和三相控制图进行分析。从 T2控制图可以看出，零件有 9 个点超出了控制限的范围，零件的生产存在严重的异常情况，需要查找原因，消除异常。在这里再一次印证了 T2控制图较其它控制图具有更高的灵敏性，同时也反映出了选择恰当的控制图的重要性，若在此案例中 MR 图不存在超差点且只选用三相控制图进行统计分析，则发现不出生产异常，即使此异常是很明显的，如本案例的情况。
…………
结论
上飞公司对飞机零部件采用全检的方式，这样能够确保飞机零部件都处于合格状态，但并不能保证产品具有高质量，只有全面开展、实施 SPC 统计过程控制手段，监控生产过程能力并使生产过程能力指数处于受控状态，才能确保飞机零部件的高质量。通过对上飞公司生产实际情况、发展规划及统计过程控制方法的深入调研，建立了适合上飞公司特点的统计过程控制系统，摆脱了依靠离线工具 Excel 进行统计分析的原始状态，使相关工作人员能够得到过程表现的实时反馈信息，从而能够根据反馈情况及时做出改进生产过程的决策。分析了公司原有统计过程控制的量具分析、控制图等在使用过程中存在的谬误，引入了新的量具重复性及再现性分析方法，引入了新的计量型控制图，如 T2控制图及计数型控制图，对控制图的适用情况进行了说明，防止了控制图的盲目试用，建立了按设备分组的统计控制方法，实现了实时预警功能，建立了新的统计过程控制的实施与管理方式，创建了基于网页界面的共享式统计过程控制系统。
……………
参考文献（略）