产品质量检验.docx
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产品质量检验
工序质量检验
-涉及手机的各道工序质量检验
摘要
一部手机从各个零部件到组装完成再到流入市场，需进行多道工序，同时有多次工序质量检验，针对各工序问题，本论文提出相关的检验方法。
针对电池问题，在测量完成各项指标的前提下，采用两天试生产方法；针对印制电路板板面的镀铜厚度问题，SPC预警，采用MATLAB生成数据，均值-极差控制图理论检测，求得的CL-x为30.52、UCL-x为35.36、LCI-x为25.68；CL-r为8.84，UCL-r为17.74，LCL-r为0.根据其判异准则，再根据以上控制图可判断该工序过程处于受控状态；针对成品手机，采用抽样检验中计数抽样方法判断是拒绝批次还是接受批次；走向市场后，不同地区根据其自身情况制定相应的售后服务方案。
关键词：
工序检验MATLABSPC控制图理论计数抽样
一、问题背景
2015年寒假，在深圳龙华富士康做寒假实习生。
岗位：
手机屏幕产线抽检员；
在为期二十五天的工作日程中，真正能尽到作为一名产品质量抽检员职责的天数并不多，作为一名新进员工，在刚入职的时候会认真工作，但在与产线其他员工熟悉之后，就学会偷工减料。
一条产线每小时成品产能在正常情况下是260片左右（排除机器故障，认为操作机器等外因）而每小时人工抽检质量不过关产品大该在5到10片（五条线总和）左右。
不合格品率高达0.76%（五条线每小时产能在1300左右），虽然在人的惰性的影响下人工抽检不合格品率所占的比重较低，但人工抽检又是不可或缺的，所有的操作程序不可能都进行智能操作，这样会加大企业的生产成本，降低企业利润。
那么如何在不影响产线产能和企业的生产成本与利润的前提下提高电子产品的工序质量，以此提高产品总体质量。
声明：
一部手机从各个零部件到一部出售到市场，需要多个工序，所以在本论文正文中，原材料相关性能检验只针对电池；主要质量控制过程是针对印制电路板板面的镀铜厚度检验；成品质量检验与售后服务均是一部成品手机。
二、问题分析
针对问题采取的解体思路如下：
2.1原材料
在测量完成各项指标的前提下，采用两天试生产方法。
2.2质量过程控制
（1）控制图原理
需要用MATLAB计算正态分布函数，找到CL、UCL、LCL值
（2）SPC过程
2.3成品质量控制，抽样检验
（1）采用计数抽样方案
2.4售后服务（成品）
以各地市场政策为准
三、具体实施方案
3.1原材料—电池
涉及到电池性能参数主要有：
电池内阻、容量、电压、能量、效率、循环寿命、工作温度、内部压力等。
下面介绍几种常用的电池参数及其测量方法。
1．电池电压电动势是指电池在开路时，正极平衡电极电势与负极平衡电极电势之差，由电池中进行的反应所决定，与电池的形状、尺寸无关。
开路电压是电池在开路状态下的端电压，一般小于电动势。
只有电池的两极体系均达到热力学平衡状态时，电池的开路电压才与电池的电动势相等。
工作电压是指有电流流过外线路时，电池两极之间的电位差。
放电工作电压总是低于开路电压。
电池电动势的测量可以用测量电池两端的开路电压的方法进行，如果忽略电压表内阻的影响，则电压表的读数即为电池的电动势[13]。
当被测量电池在充放电的过程中，则电池电动势的测量采用图2-1所示的方法进行。
当电流I较小时可采用如图2-1a）所示的二端子测量方法，即忽略电流线与电池之间的接触电阻R1和R2对电压测量所带来的影响。
如果电流I较大时，则不能忽略接触电阻R1和R2的影响，需要采用如图2-1b）所示的四端子测量方法。
0U=E+R⋅I
（2-1）式中R0为电池的内阻。
2．电池容量电池容量是指在一定充电或放电条件下，供给电池或从电池获得的电量。
一般电池负极容量过剩，正极容量控制整个电池的容量
电池的额定容量定义为：
在20℃下以5h放电率放电至终止电压1.0V时电池所能提供的电量。
在电池测量的过程中，电池的容量不是直接测量单位，而是导出单位，它是由电流与时间的乘积在一定的电压限制条件下计算得出的：
C=I⋅t
其中，
C——电池的容量，单位Ah。
I——电池的放电电流，单位A。
t——电池放电至终止电压的时间，单位h。
电池容量是一个受多种因素影响的物理量，它与电池自身的特性，测量时的环境温度以及放电电流大小、波形等条件均有关。
因此，在涉及电池的容量时，应注明测量条件。
3．电池内阻电池内阻是指电流通过电池时所受到的阻力，包括欧姆内阻和极化内阻。
欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜的电阻及各部分零件的接触电阻组成。
极化电池是指正极与负极在进行电化学反应时极化所引起的内阻，包括由于电化学极化和浓差极化所引起的电阻之和[15]。
内阻是决定化学电源性能的一个重要指标，直接影响电池的工作电压、工作电流、输出的能量和功率。
内阻越小越好。
电池的内阻测量可以用交流法或直流法[16]。
在检测以前电池以0.2C5A放电到终止电压1.0V，再按0.1C5A充电16小时。
充电以后将电池置于20±5℃的环境中贮存1～4小时。
（1）交流内阻的测量在1～5秒钟内以频率为1.0±0.1KHz的交流电流有效值aI加于电池时，测得交流电压有效值aV，则该电池的交流内阻acR按照下式来计算：
aacaVRI=（2-3）式中acR——交流内阻。
aV——交流电压有效值。
aI——交流电流有效值。
（2）直流内阻的测量以表2-1中的电流值1I对电池进行恒流放电10秒，测量并记录下放电三秒末期负载条件下的电池电压
1V；接着立即以表2-1中的2I值对电池进行恒电流放电10秒，测量并记录下放电三秒末期负载条件下的电池电压2V。
则电池直流内阻用下式来计算：
1221dcVVRII−=−（2-4）
式中dcR——直流内阻；
1I，2I——恒流放电电流；
1V，2V——负载条件下测得的相应电压值。
4．循环寿命
二次电池经历过至少一次充电和至少一次放电的过程称为一次循环或周期。
在一定放电条件下，电池容量降至某一规定值之前，电池所能承受的循环次数，称为二次电池的循环寿命。
二次电池的循环寿命是电池质量的一个重要参数，IEC标准及GB都规定圆柱型密封Ni-MH或Cd-Ni电池的循环寿命应在500次以上。
循环寿命与测试电流、环境温度都有一定的关系，电流愈大，温度愈高，寿命愈短。
循环寿命测试属于抽样破坏性试验，一般需较长的时间才可出结果，因此应采用计算机编程的全自动测试，才会得出正确的结果，人工操作会带来很多人为误差。
系统的主要功能
本系统的整体设计规划，主要具有以下功能及特点：
1．采用计算机集散控制技术，每套系统一台主控机，控制16个工作台。
每台设备6通道，每通道32个测试点，每通道可独立测试，独立显示容量曲线、充放电曲线。
2．具有开机巡检功能，能保证电池的可靠接入。
3．可设定恒流充电、恒流放电、暂停、循环、结束等步骤。
4．可设定每一工步的限制条件：
限时间、限电压、限电流、限容量、-△V限制。
5．能够显示电池组的电压、电流、容量、循环次数、充放电状态。
6．可测试每通道电池组的表面温度，温度测试精度0.5℃。
7．采用4端子测量，消除了由于接触电阻带来的测量误差，确保了测量的准确度。
8．具有断点续传功能。
可根据需要暂停当前的测试，或者突然停电时能自动保存运行的数据和工作状态，并可从暂停处或来电后根据提示从断点处恢复测试。
系统的性能指标
1．工作条件
额定工作电压：
AC380V±10%。
额定工作频率：
50Hz。
标准温度：
20℃±5℃。
相对湿度：
20%-80%。
2．技术指标电流测量范围：
0-20A。
电流测量准确度：
±（0.3%FS+0.2%RD）。
电压测量范围：
0-2V。
电压测量准确度：
±（0.3%FS+0.2%RD）。
计时范围：
0-999分钟/工步。
计时准确度：
0.1%。
3．其它外形尺寸：
760×630×1927（W×D×H）
在实验中，我们使用该DBT-20动力电池测试系统以表5-1所示的编程表对7Ah/1.2V镍氢动力电池进行的性能测试。
实验中系统所采集到的某一节电池的电流、电压、容量、温度实时曲线如图所示。
从图中曲线可以看出，电池恒流放电过程中，当电池电压放电至设置压限1.0V后停止，暂停后电池电压有所恢复；之后对电池进行恒流充电，从图中曲线可以看出，电池电压一直在升高，直至电压出现了10mV的下降（即为-△V），说明此时电池已经充电饱和，于是停止充电；之后又进行恒流放电，直到电压降至压限1.0V。
根据在电池测试过程中所记录的电流、电压、容量等电池性能参数，用户即可以进行电池分类。
通过先前条件，对相关数据进行过检验后，流向工厂，先进行两天试生产，具体流程如下：
图3.1-1两天试生产流程图
两天试生产完毕后，此批次进入产线，进入下一工序；
3.2质量过程控制—印制电路板板面的镀铜厚度
3.2.1SPC过程
图3-2-1SPC实施流程图（图表来源：
《SPC技术的应用》）
由图可见，实施SPC主要涉及6项技术工作。
1.确定关键工序
对元器件生产工艺过程来说，工序多，流程长。
从实施spc角度考虑，必须首先确定需要实施的spc的关键工序。
关键工序是指对最终产品的特征、质量、可靠性有重要影响的工序。
原则上讲，除非通过统计方法或能力研究证明某工序不是关键工序，否则所有的工序均应视作关键工序。
2.确定关键工艺参数
确定关键工序后，就应该进一步确定能全面反映该关键工序状态的工艺参数，即关键工艺参数。
实施SPC的基础是“数据”，为了保证SPC的实施效果，关键工艺参数应该满足下面两个条件：
（1）选取的参数要求确实能表征工序的状态。
（2）要求能对该参数进行定量测试。
3.工艺参数数据的采集
实施SPC的基础是“数据”。
为了保证控制和评价结果的“正确性”，不但要求将一项常规工作，而且对数据批次的组成、采集的时间间隔、数据个数、特别是测试精度等都有一定的要求。
4.统计过程控制状态评价——控制图技术
SPC技术的核心是采用控制图评价生产线是否处于统计受控状态。
在生产线刚运转时以及在日常生产中都需要采用控制图进行这种评价。
虽然传统行业已广泛采用常规的控制图评价生产线的统计受控状态，但是在现代电子元器件生产中，出现了一些常规的控制图不能分析的特殊情况。
在实施SPC时一定要根据每道工序的工艺参数特点，选用合适的控制图。
如果控制图选用不当，有可能对工艺的统计受控状态作出错误的判断。
5.工序能力评价——Cpk评价
Cpk值的高低直接表征生产线是否具备生产高质量元器件的能力。
为了保证
Cpk计算结果的可信性，要求计算Cpk时采用的数据是在统计受控的状态下采集的。
因此国际上常规作法是首先采用控制图判断生产线已处于统计受控状态后才计算Cpk。
而且只有在Cpk也满足要求后，生产线才能进行批量生产。
在生产线的质量评价中，应该同时进行Cpk评价和统计受控状态分析。
这样对SPC的工作就有两种理解。
一种广义的理解是将Cpk评价和统计受控状态分析统称为SPC，因此图6所示SPC技术流程中包括有Cpk。
另一种理解是SPC专指工艺过程的统计受控状态分析。
6.统计分析工具的应用
如果通过SPC发现工艺出现失控或者失控倾向，就需要查找原因，采取相应措施，使工艺恢复统计受控状态。
在查找失控原因的过程中，将要使用相关的统计分析工具。
3.2.2控制图原理
1、均值-极差控制图理论
（1）均值一极差控制图是平均值
控制图和极差R控制图联合使用的统称。
控制图控制工艺过程质量指标的分布中心，R控制图控制工艺过程质量指标的分散程度，控制图上有3条判定线，分别是用UCL表示控制上限、用CL表示中心线（代表统计数据的平均值）和用LCL表示控制下限。
控制上、下限是判断产品是否处于控制状态的界限。
而中心线到上、下控制线的距离各为3倍统计量的标准偏差，即3
。
在确定FR图的中心线和上、下控制线时，当总体服从正态分布时，其样本均值
的分布也服从正态分布，且
～N（μ,
）（μ，
是总体的均值和标准差）。
因此
的分散范围是μ士3
。
控制图中具体计算公式如下：
中心线CL=x=
上控制线UCL=x+
下控制线LCL=x-
R控制图中具体计算公式如下：
中心线CL=
上控制线UCL=
下控制线LCL=
式中，
、
、
为常数，它们随样本容量的不同而不同，令
、
、
有以下取值（表1）：
n
A2
D4
D3
2
1.88
3.267
_
3
1.023
2.575
_
4
0.729
2.282
_
5
0.577
2.115
_
6
0.483
2.004
_
7
0.419
1.924
_
8
0.373
1.864
0.136
在图上做出中线和上、下控制线后，就可以根据图中点的分布情况来判断次工序过程是否正常。
（2）查找资料获得印制电路板板面的镀铜厚度如下数据（表2）：
单位：
pm
组号
X1
X2
X3
X4
X5
1
34.18
27.08
25.32
33.96
33.43
2
29.27
33.24
30.95
31.17
30.51
3
37.99
30.69
34.251
36.44
32.75
4
29.01
29.16
36.09
41.88
31.17
5
32.58
26.52
32.04
26.623
28.66
6
33.37
31.97
28.05
28.56
34.19
7
27.18
25.46
30.4
32.48
33.85
8
32.43
27.71
32.89
28.32
25.89
9
28.94
31.7
35.53
30.62
33.14
10
32.77
26.77
33.53
33.79
25.62
11
35.09
33.49
28.66
26.26
28.35
12
34.1
30.46
25.26
28.39
31.27
13
31.83
32.71
26.23
32.66
35.38
14
34.83
31.08
27.37
36.09
30.17
15
29.78
34.42
35.02
24.18
27.98
16
3.51
25.17
24.33
34.05
23.37
17
28.39
22.82
33.84
28.82
32.69
18
30.06
30.6
32.49
28.74
22.48
19
27.89
30.75
30.49
30.09
23.05
20
32.72
29.46
32=.16
25.18
30.32
根据表1，我们取
=0.577，
=2.115，
=0，将这些数据和参数计算相关值（表3）：
均值的均值
ucl-x
cl-x
lcl-x
极差
极差均值
ucl-r
cl-r
lcl-r
30.52
35.36
30.52
25.68
8.86
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
3.97
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
7.3
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
12.87
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
6.06
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
6.14
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
8.39
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
7
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
6.59
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
8.17
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
8.83
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
8.84
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
9.15
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
8.72
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
10.84
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
9.72
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
11.02
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
10.01
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
7.7
8.39
17.74
8.84
0
30.52
35.36
30.52
25.68
7.54
8.39
17.74
8.84
0
根据表3做出
均值图：
（3）控制图的判断和分析
生产过程处于统计控制状态就是指生产过程仅受随机误差的影响，不受系统误差的干扰，产品质量满足设计要求。
如果生产过程中出现系统误差时，控制图上的点就出现异常状态，或者点超出控制界线，或者点的排列出现异常。
此时生产处于非统计控制状态，产品质量可能偏离了设计要求。
一般来说，依据正态分布理论，满足以下规则则生产处于统计控制状态，否则应对生产进行及时调整。
规则1：
控制图上点超界为准（控制图上的点基本没有超出控制界限），即：
1）连续25点中没有1点在控制界线外；
2）连续35点中最多有1点在控制界线外；
3）连续100点中最多有2点在控制界线外。
规则2：
控制图上点排列为准（控制图上点排列
无缺陷，随机分布），即无下列现象：
1）连续7点或更多点在中心线一侧；
2）连续7点上升或下降；
3）连续11点有至少10点在中心线一侧；
4）连续14点有至少12点在中心线一侧；
5）连续17点有至少14点在中心线一侧；
6）连续20点有至少16点在中心线一侧；
7）点发生周期性波动。
对控制图的判断分析就是依据以上条件，根据绘制控制图时取得的统计数据，判断控制图中的点是否出现不满足以上条件的异常情况，如有异常情况出现，则给出异常产生的样本范围和异常类型，此时的生产处于非统计控制状态，应及时进行调整。
调整的方法依据生产条件的不同而不同。
再根据以上控制图可判断该工序过程处于受控状态。
3.3成品质量控制
3.3.1抽样检验方法-计数抽样检验
抽样检验的基本思想，是从整批产品中随机抽取部分产品作为样本，根据对样本检验的结果，按一定的判断准则，推断整批产品的质量水平。
在计数抽样中，判断准则只利用技术检验的结果，如样本中不合格品的个数，或不合格数。
（一）计数一次抽样检验的原理
最简单的计数抽样检验是计数一次抽样检验，是从批量为N的产品中，随机抽取n（如果ｄ《ｃ，则接收该批产品
如果ｄ《ｃ，则拒收该批产品
计数一次抽样的程序如图所示
图3.3.1-1
如果检查批的产品个数为800个，试用一次抽样方案（80，5）检验判定接收或拒绝该批产品。
在该检查批中，随机抽取80个产品的样本，因为AQL（接受质量限）=2.5，有c=5,当不合格品数不多于5个，则检查批符合不合格率标准，产品应被接收；否则，就应拒收，并将产品退回生产单位。
检查过程可用表格形式表示（见表4）。
表4：
检查批大小N
样本大小n
接受质量限（AQL）=2.5
接收数
拒收数
800
80
5
6
（二）计数二次抽样检验的原理
一次抽样方案包含2个参数，n和c，二次抽样包含5个参数
、
、
、
、
其中：
为第一次抽验量，
为不合格品数;
为第二次抽验量，
为不合格品数；
为第一接收数；
为第二接收数；
为第一拒收数。
计数二次抽样检验的程序如图4-2所示。
其中，Re2=Ac2+1.在二次抽样中，一般设定n1=n2，虽然在理论上并非必要，但此时检验量最少。
检查批的产品个数仍为800个，试用二次抽样方案检验，判断拒收或拒收该批产品。
在检查批随机抽取50个产品为第一样本，检查其中每个产品，若不合格为2个或2个以下，则接收该产品;若不合格品为5个或5个以上，则拒收；若不合格品在2个与5个之间，必须在随机抽取50个产品为第二个样本，检查第二个样本的每个产品。
若连同第一个样本的不合格品数为6个和6个以下，则表示该检验批符合不合格率标准，可接收该产品；若连同第一个样本的不合格品数为7个或7个以上，则表示该产品批不符合不合格率标准，应拒绝该批产品。
同样，也可用表格形式（见表5）表示以上过程。
检查批大小
样本大小
样本大小的总和
合格质量水平（AQL）=2.5
接收数
拒收数
800
50
50
2
5
50
100
6
7
（三）计数多次抽样检验原理
计数多次抽样是计数一次、二次抽样的直接推广
若批量为N的产品提交检验，从批中随机抽取容量为n1的第一样本，其中的不合格品数为d1，判断规则为：
《
时，接收该批产品（
是第一接收数）；
》
时，拒收该批产品（
是第一接收数）；
<
<
时，继续抽取容量为n2的第二样本。
第二样本的不合格品数为
，判断规则为：
+
《
时，接收该批产品（
是第二接收数）
+
》
时，拒收该批产品（
是第二拒收数）
<
+
<
时，继续抽取容量为n3的第三样本。
如此继续，直至第k样本为止。
Dk为第k样本的不合格品数，判断规则为：
若
《
接收；
若
《
拒收。
其中=+1.其程序如图4-3所示。
Iso2859的多次抽样，多达七次；我国GB2828.1-2003的抽样达五次。
检查批的产品个数仍为800个，接收质量限（AQL）=2.5。
试用多次抽样检验，判定
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