一种应用控制图原理进行质量控制的通用监控仪

摘要

一种应用控制图原理进行质量控制的通用监控仪,是依次由多路传感器和与其适配的标准信号变换器、模/数(A/D)转换器、单片机以及多路报警电路,键盘、数码管、打印机接口组成。本发明的全部计算、比较判别和对硬件各部分的控制由软件决定,可方便改变监测的目标和应用控制图的种类,达到通用、灵活的目的。本发明适用于中小流程性生产企业的手工操作或以开环方法的自动调节生产参数和实施监测;也适用于大型流程性生产企业闭环方法的自动调节和监测,使其能稳定生产出合格产品。

说明书

本发明涉及一种用于工业产品质量控制用的智能化仪器仪表设计技术，特别是一种在质量控制中应用休哈特(Shewhart)计量(或计数)控制图原理设计的通用监控仪(装置)，可广泛应用在各种流程式生产线上(如石油、化工、轻工等)对保证产品质量稳定进行控制管理，并提供有效可靠手段。

从八十年代以来，因国际市场竞争异常激烈，现在工业发达国家都将统计过程控制(SPC)列为高技术之一。所谓“统计过程控制”主要是应用控制图(包括均值～极差控制图：X～R，均值～标准差控制图：X～S，中位数～极差控制图：，单值～移动极差控制图：X～Rs，不合格品率控制图：P图，单位缺陷数控制图：n图等)对(流程式生产)过程进行控制管理，而抽样检查则用来取得过程质量的信息。由于现代社会要求高水平的质量保证，在工业发达国家，已越来越多采用全数检查或自动检查系统，抽样检查的应用相对减少，从而使利用控制图进行控制管理越显重要。目前，质量控制图已获得广泛的应用，如日本名古屋工业大学曾调查了115家日本工厂使用控制图的情况，结果平均每家工厂使用137张控制图。美国柯达公司彩卷部门共有职工5000人，采用了35000张控制图，人均7张。可以说，应用控制图张数的多少在某种意义上反映了工厂、企业科学管理水平的高低。控制图能起到下列作用：1、贯彻预防为主的原则，防患于未然；2、减少废品和返工、降低成本，从而提高生产率；3、防止不必要的(生产工艺)过程调整，避免过程劣化，4、提供有关工序能力的信息等。但控制图控制质量要通过采样、测量、计算、作图打点、判断等阶段，操作繁复麻烦，特别在流程生产和高速生产线上不能及时反映问题，而到发现时已出了一大堆废品。因此，在不少行业质量管理中，因怕麻烦又反应不灵敏，致使很多企业不作控制图或流于形式或临时应付检查。而实际生产中，企业要指定一些有经验的人员长期进行繁杂的控制图操作也是有困难的。

本发明的目的是要克服上述之不足，从而提供一种包括应用均值～极差等控制图原理进行质量控制的通用监控仪，使之成为一种可方便应用“休哈特”控制图原理监测过程状态的智能化仪表(装置)。它能够广泛地为各种传统生产线的智能自动化，为提高并稳定产品质量提供有效可靠的控制手段。

本发明的目的是以如下技术方案实现的：有鉴于现代高技术大多以软、硬件的紧密结合为特征之一，本发明的依据是利用质量控制图原理，将所需的全部(取样)计算、比较、作图打点、判别报警以及对硬件各部分的控制编成程序(软件)，操作全部由软件决定，并紧密结合硬件对质量进行全过程连续监测控制。为此，本发明的特征在于本仪器是依次由多路传感器(电路)，分别与这些(多路)传感器适配的同样多路的标准信号变换器(电路)，模/数(A/D)转换器(电路)，单片机(由微处理器CPU构成)，多路报警电路以及键盘、数码管、打印机接口组成，其中多路传感器(例如有8路)可将被监控对象作为样本信号提供的过程参数经检测变成不同(电平)的电信号输送给(标准信号)变换器，(标准信号)变换器(由衰减放大器构成)可将多路传感器检出的不同电平的直流电信号变换为标准电平模拟信号后再输出到模/数(A/D)转换器，A/D转换器再将该标准模拟信号变换为数字信号输送到微处理器CPU构成的单片机中，CPU可执行全部程序，对前述输入的取样信号进行样本分组，计算均值、极差及其控制界限，计算方差等，在操作者输入(利用键盘输入)规定公差后计算出可由数码管显示的CP值(工程能力指数)，在CP值满足要求的情况下，转入控制用控制图程序监控过程是否失稳，在此控制界限下自动输入新的样本信号进行稳态和异态分析而完成控制用控制图的工作，在出现异常时又输出报警信号给多路报警电路发出报警信号。

以下结合实施例对本发明的具体电路结构和工作原理作进一步详细描述。

图1是本发明的电路框图。

图2是本发明通用监控仪的一种电路原理图。

图3是应用在本发明监控仪上使用的操作控制程序框图(包括分析用部分的流程图和控制用部分的流程图，图中：y-指满意，通过、N-指不满意，不通过)。

参照附图，本发明在具体设计制造过程中还可具有如下技术特征：

一、所述的多路报警电路可由发出声、光报警信号的萤光泡(信号灯)和蜂鸣器或电铃构成，还可配有微型打印机接入打印机接口实现打印(打点)记录证据以连续进行报警记录。

二、所述的模/数(A/D)转换(器)电路中可加设有一个八位锁存器(可用74LS373)作为扩充使用，组成各声光报警电路的蜂鸣器和萤光(灯)泡以及用于CP值显示的数码管上皆各自配有一个适配的驱动器，输出信号经八位锁存器(74LS373)锁存后分别送到打印机打点，和经驱动器驱动萤光灯泡发光指示和蜂鸣器发声报警。

三、所述的模/数(A/D)转换器(或称变换器)电路中还加设有反相器(可用74LS04)、译码器(可用74LS138)及一个或门(OR)和一个与门(AND)以组成CPU输入数据的缓冲电路以免失步。

四、作为单片机的中央(微)处理器CPU上可加设一可编程序控制器(可编程接口8155)以扩充CPU的输出输入端口，扩充CPU的功能，非编码键盘和数码管用可编程接口8155联接六位  反相器(74LS06)以识别键盘的行位，用8155中的接点29～36识别键盘的列位，送入CPU(可用8031型)对键盘输入信号进行识别。

五、单片机内部可以有只读存储器(ROM)以存储程序和常数，有随机存储器(RAM)用以存储数据。设计好的程序固化在ROM内，以控制计算机发出包括对输入输出要求的各种指令，单片机按程序的指令完成计算、中断、判断、接受人—机对话的指令和数据，经其内部处理后再分别输出。

参照附图2的电路原理图可知，在具体设计时，本监控仪(装置)可由微处理器(CPU)8031、可编程接口8155、只读存储器2764、随机存储器6264、3～8路驱动器74LS244、六位反相器74LS04和74LS06、2～4路译码器74LS139、3～8路译码器74JS138、显示驱动器CJ0498、八位逐次逼近式模/数转换器ADC0809、八线驱动器7406、八位锁存器74LS373、数码管LTS547GF、MP-16J打印机插口、PB2130蜂鸣器、非编码键盘、萤光指示泡和一个或门(OR)和一个与门(AND)组成。由于8031要依靠外部存储，本身有四个并行输入输出端口，其中二个用于联接2764(存程序和常数)和6264(存数据)。本装置装设一个可编程接口8155(或称可编程序控制器)以扩充输出输入端口。非编码键盘和数码管(该键盘和数码管本过程中只使用一次，可用中断命令单独使用)用8155联接74LS06以识别键盘的行位和8155中的接点29-36(本装置只用四位)识别键盘的列位送入8031对键盘进行识别。74LS244用以驱动数码管的八个点划中的某几个点划，而键盘的行位则指示那个数码管点亮。输入和输出的数据都被锁存在74LS373锁存器内以防数据丢失，并决定输出或输入，74LS139用以识别是操作2764还是6264。

被测模拟量是由各种不同的传感器输入(可由八路传感器构成)，以不同规格的变换器转换成标准模拟信号输入A/D转换器(ADC0809)作模数转换处理。虽然ADC0809中已有三态锁存器但本装置另加一个八位锁存器74LS373作为扩充使用，74LS04反相器和74LS138译码器及一个或门(OR)和一个与门(AND)组成控制输入数据的缓冲电路以免失步。输出信号经74LS373锁存后输出到打印机和经驱动器CJ0498驱动萤光泡同时作打印、发光指示，而蜂鸣器则是单独一线输出由7406驱动发声。本仪器共同用DC5V(直流5伏)，打印机则另有插头。在8031(CPU)的18、19点还接有石英振荡器以统一频率。

参照附图，本监控仪的操作使用过程如下(用于均值～极差控制图)：取样信号由传感器取出经放大器(变换器)作标准信号处理后输送到模/数转换器，由CPU控制取样，取样方式由用户规定，按时间序列输入进入本仪器分析用部份。经计算后输出样本总平均值、极差平均值、均方根差、平均值控制限、极差控制限。然后等待用户输入(工艺)公差参数，仪器答应出工程能力CP值。如果用户对CP值不满意，应自行调节参数并重复上述过程到工程能力满足要求为止，将分析控制的平均值，极差控制限固定下来转入正常监视的控制。然后转入控制用部分继续输入或输出信号。信号由仪器自动分组计算，如存在异常状态即分别以信号灯(数码管)提示平均值及极差的存在异常状态的情况。注：在休哈特控制图中的异态判定方法：a、X、R单点超限；b、连续三点至少二点落在2/3控制界限内；c、连续七点至少三点在2/3控制界限(X，R)内；d、连续七点在中线的同一侧；e、连续七点趋势链(X、R)；f、连续十一点中至少十点在中心线一侧(X)；g、连续十四点至少有十二点集中在中心线一侧(X、R)；h、连续十七点至少有十四点在中心线的一侧；i、连续二十点至少有十六点在中心线的一侧。如存在非稳定状态即以信号灯及蜂鸣器分别告警。用户可调整各过程参数重复以上过程直到恢复稳态为止。在正常监视控制下，按用户调定的采样周期不断地进行稳态和异态监控。如有非正常情况，仪器将自动以信号灯或蜂鸣器报警。如用户需要记录则在本仪器输出接口插入打印机打印记录，连续进行报警记录。

综上所述，本发明依据控制图原理，利用计算机实现自动控制来代替现有技术的手工操作(尚未见诸国内外文献报道)。本发明仪器启动后即执行全部程序，完成分析控制图过程，如全程序上半部(自最后中断前的循环过程，见图3)；控制用控制图，如全程序的下半部(自最后中断点后的循环过程，见图3)，实现连续监测。直到要重新修正过程参数(当产品工质变化、工艺变化、发现重大失常时等)再实施新的全过程。本发明的全部计算、比较、判别和对硬件各部分的控制全部由软件决定，改变软件(程序)便可改变监测的目标和应用控制图的类别(如上所述的各种控制图)，达到通用、灵活的目的。本发明适用于中小流程性生产企业的手工操作或以开环方法的自动调节，指导其调节生产参数和实施监测；也适用于大型流程性生产企业闭环方法调节下的调节有否失效的监测，使其能达到规定的质量要求并稳定生产出合格产品。