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质量工程课程设计

课程设计报告

2007届工业工程专业0705072班级

课程名称质量工程学课程设计

题目抛射器的性能设计与改进

姓名XXX学号XXXXXXXX

指导教师XXXXXXXXX职称讲师

二О一О年十一月十八日

目录

序、课程设计简介………………………………………..1

一、界定阶段（Define）2

二、量测阶段（Measure）3

三、分析阶段（Analyze）5

四、改进阶段（Improve）6

五、控制阶段（Control）9

六、总结12

参考文献…………………………………………….15

抛射器的性能设计与改进

序、课程设计简介

质量管理学是工业工程专业的一门主干专业课程，6σ管理是质量管理中重要的研究领域和分支。

6σ管理被称作是“改革世界顶级企业的突破性管理策略”，6σ管理实质上包括两个方面，即六西格玛设计（DFSS）和六西格玛改进（DMAIC）。

前者一般指全业务流程的重组与优化，即全局最优；后者一般指DMAIC改进流程，即局部优化。

本课程设计主要针对六西格玛改进（DMAIC），对六西格玛设计（DFSS）不做过多要求。

由于市场竞争越来越激烈，企业面对如此巨大的挑战，只有努力追求卓越，不断提高产品质量，才有可能在日益激烈的市场竞争中生存。

在质量管理三部曲，即质量策划、质量控制、质量改进中，六西格玛改进（DMAIC）是质量控制和质量改进最有力的工具之一。

因此进行六西格玛改进（DMAIC）相关课程设计对提高学生的思考问题、解决实际问题具有十分重要的意义。

抛射物飞行的距离是衡量抛射器性能的具体体现，选择影响抛射物飞行距离的关键因素为A、B、D、c、E、F、G、H、I。

一、界定阶段（Define）

1、小组分工，如图1-1所示。

图1-1小组分工图

2、我在小组中担当组长一职负责任务分配和人员调配以及统一调度。

3、项目的目标、工期和成本的约束条件；实验器材的数量、性能、测量工具的精确度；小组成员的相关专业知识水平、能力、积极性和各自的时间分配。

4、进行作业明细的分解，如表1-1所示；工期分解及进度，如图1-2所示。

表1-1作业明细表

序号

任务内容

作业形式

工期

负责人

1

学习6σ、DMAIC管理工具的使用

并行作业

8天

2

学习课程设计指导书

紧前作业

2天

3

提出实验设计方案并讨论选择

1天

4

指导老师点评

0.5天

5

采集、处理数据

2天

6

指导老师点评

0.5天

7

形成报告册

1天

8

指导老师审核并提出修改意见

1天

9

修改报告册

紧后作业

0.5天

10

上交最后的报告册

0.5天

图1-2工期分解及进度

5、我们组以抛射物飞行距离作为抛射器的性能设计与改进的目标衡量指标。

二、量测阶段（Measure）

1、测量项目及分工：

表2-1测量分工

人员

分工

所需设备

测量方法

备注

调整抛射器

尺子、量角器

直接测量

测量距离

尺子

直接测量

记录数据

枝、笔、计算器

限于质量工程实验室实验器材的实际情况：

橡皮绳C仅有一种无法更换选择进行试验和分析，但通过常识可知强度大的橡皮绳提供的动能大抛射物飞行距离的距离就越远；起始点和终止点已经固定，在一定范围内起止点相距的距离越大，飞行的加速时间越长，抛射物的起始速度越大，抛射物飞行距离的距离就越远；抛射物仅有一个乒乓球，受空气阻力的影响较大并且不易记录落点的位置，建议更换成橡皮泥，以便于数据的采集同时增加实验的准确性。

2、测量

（1）依据课程设计目标抛射器的性能设计与改进，确定确定项目的关键质量特性为抛射物飞行距离。

（2）以抛射器的前端为测量的参考位置，对飞行距离的数据进行采集。

（3）在数据中由于乒乓球直径（4cm）和实验过程中抛射机的位置易变动的影响，乒乓球的落点在以8cm为半径的圆内均是有效数据。

经过检验抛射器的性能可以提供正常的实验数据，对125个数据的分析和评价，证明了测量系统的有效性。

三、分析阶段（Analyze）

1、利用鱼骨图对影响飞行距离的原因进行分析，如图3-1所示。

图3-1鱼骨图分析

2、方差分析

选择了八个因素A、B、F、D、E、G、H、I，每个因素选择三个水平进行试验数据的测量，利用正交因素表采集数据找出关键因素，如表3-1所示。

表3-1八因素3水平正交表单位：

cm

八因素3水平正交表

因素序号

A

B

F

D

E

G

H

I

实验数据

平方

1

1

1

1

1

1

1

1

1

76

5776

2

1

1

1

1

2

2

2

2

118

13924

3

1

1

1

1

3

3

3

3

121

14641

4

1

2

2

2

1

1

1

2

101

10201

5

1

2

2

2

2

2

2

3

86

7396

6

1

2

2

2

3

3

3

1

67

4489

7

1

3

3

3

1

1

1

3

80

6400

8

1

3

3

3

2

2

2

1

68

4624

9

1

3

3

3

3

3

3

2

90

8100

10

2

1

2

3

1

2

3

1

0

0

11

2

1

2

3

2

3

1

2

96

9216

12

2

1

2

3

3

1

2

3

88

7744

13

2

2

3

1

1

2

3

2

40

1600

14

2

2

3

1

2

3

1

3

53

2809

15

2

2

3

1

3

1

2

1

103

10609

16

2

3

1

2

1

2

3

3

49

2401

17

2

3

1

2

2

3

1

1

79

6241

18

2

3

1

2

3

1

2

2

129

16641

19

3

1

3

2

1

3

2

1

72

5184

20

3

1

3

2

2

1

3

2

123

15129

21

3

1

3

2

3

2

1

3

78

6084

22

3

2

1

3

1

3

2

2

80

6400

23

3

2

1

3

2

1

3

3

36

1296

24

3

2

1

3

3

2

1

1

91

8281

25

3

3

2

1

1

3

2

3

120

14400

26

3

3

2

1

2

1

3

1

37

1369

27

3

3

2

1

3

2

1

2

109

11881

求和

T：

2190

QT：

202836

同时对表2-2数据运用方差分析法对数据进行整理和分析得出指标，公式如下所示。

公式一：

公式二：

通过公示的计算得出数据及结论，如表3-2所示。

表3-2关键因素分析

A

B

F

D

E

G

H

I

K1

807

772

779

777

618

773

763

593

K2

637

777

704

784

696

639

864

886

K3

746

761

707

629

876

778

646

711

K1方

651249

595984

606841

603729

381924

597529

582169

351649

K2方

405769

503729

495616

614656

484416

408321

746496

784896

K3方

556516

579121

499849

395641

767376

605284

417316

505521

SSJ

2648

3904

401

3089

3891

1382

5364

4818

Vi

13241952200.5

1072

194669126822409

Vi/Ve

2.4472.6080.741

2.882

3.7481.2784.9584.523

显著性

*

*****

SST

=QT—CT=25203

SSE

Ve

=SST—SSJ=12991

SSE/d=541

注：

CT=T方/27QJ=（K1方+K2方+K3方）/9F（0.025,2,26）=4.27**

因素自由度：

2总自由度：

26F（0.05,2,26）=2.74*

实验分析得出在A和B的组合条件下橡皮绳的拉伸程度对飞行距离也有很大的作用，不用再增加赘余的分析和描述。

结合鱼骨图和方差分析得出结论，影响抛射物飞行距离的关键因素为D、E、H、I即挂钩位置、伸缩臂长度、转动轴心位置、抛射器底盘前部仰角。

四、改进阶段（Improve）

1、确定关键因素后对关键因素的组合进行详尽的实验数据采集和分析，如表4-1所示。

项目

H1

H1均值

H2

H2均值

H3

H3均值

D1E1I1

72,77,80,73,74

74

106,109,110,111,110

109

无效数据

D1E1I2

70,74,72,76,73

73

109,111,108,112,115

111

无效数据

D1E1I3

43,46,45,47,50

46.2

111,113,113,114,113

113

无效数据

D1E2I2

103,107,104,106,105

106

116,118,114,119,124

118

无效数据

D1E2I2

90,95,96,93,91

93

121,120,119,114,114

118

无效数据

D1E2I3

84,87,92,90,89

88.4

118,124,126,124,128

124

92,95,87,96,89

91.8

D1E3I1

120,123,131,126,125

125

138,135,139,129,128

133

46,52,50,48,57

50.6

D1E3I2

120,113,114,113,110

115

128,125,127,132,127

128

101,106,98,106,103

102.8

D1E3I3

110,113,107,105,109

108.8

144,142,138,143,142

142

118,123,120,126,121

121.6

D2E1I1

55，53，56，53，54

54

101,100,103,101,99

101

无效数据

D2E1I2

64，62，63，61，60

62

99,98,97,96,94

96.8

无效数据

D2E1I3

38，41，45，40，40

40.8

106,97,105,100,105

102.6

无效数据

D2E2I1

78，79，81，83，82

81

104,103,109,105,108

105.8

无效数据

D2E2I2

87，82，83，86，86

85

107,103,101,109,101

104.2

无效数据

D2E2I3

53，58，56，56，53

55.2

103,106,109,111,114

108.6

42,38,36,46,50

42.4

D2E3I1

101，95，96，105，98

99

119,120,115,115,113

115.6

101,103,98,93,98

98.6

D2E3I2

98，104，103，99，102

102

112,110,116,117,118

117

87,83,79,80,83

82.4

D2E3I3

86，92，90，91，87

89.2

128,127,130,133,126

128.8

86,94,91,90,94

91

D3E1I1

无有效数据

88，87，86，90，92

88.6

无效数据

D3E1I2

无有效数据

89，86，88，85，85

86.6

无效数据

D3E1I3

17，23，22，26，29

19

33，35，30，34，36

33.6

无效数据

D3E2I1

71，73，68，69，71

70

100，96，94，99，97

97.2

79,73,67,69,70

71.6

D3E2I2

60，65，69，72，74

68

93，94，90，91，94

92.4

无效数据

D3E2I3

34，40，41，36，39

38

101，99，93，97，98

99

25,29,27,21,24

25.2

D3E3I1

88，83，89，81，85

85

112,109,101,103,101

105.2

61,59,53,57,56

57.2

D3E3I2

82，85，76，77，79

80

104,100,103,104,106

103.4

97,87,90,87,94

91

D3E3I3

51，49，53，57，59

54.2

114,113,118,116,114

115

86,90,92,94,88

90

表4-1DEHI各水平组合表

为便于数据的分析和说明，作关键因素H个水平下的均值柱状图，如图组4-1所示。

我们选取了飞行距离超过100cm的组合作为研究那个水平的组合最优为对象。

选定H1大环境下，变化EmIn（m,n依次取1,2,3）,而与此同时，D由D1向D3分析可以看到距离数据有大到小的明显变化，可知D1优于D2、D2优于D3，D1在关键因素D（挂钩位置）中为最有位。

同理，在H2、H3大环境下，可以得到同样的结论：

D1为关键因素（挂钩位置）中为最佳位置。

在H1环境下，DmIn（m，n依次取1、2、3）变化条件下，E由E1到E3得到抛射物飞行距离数据依次变大可知，关键因素E（伸缩臂长）中，E3为最优秀水平。

同理，在H2环境下，经过分析可以得到与上相同的结论，即E3为最优秀水平。

而在H3环境下，只有E3条件下，才能获得有效数据，E1、E2条件下无法获得数据，可知E3为最优水平。

综上所述，关键因素E（伸缩臂长）中，E3为最优秀水平。

从H1、H2和H3横向对比可知，在D、E、I同样的条件下，H2情形下，所得到的距离数据总体而言最大，可知在关键因素H中，H是最佳的轴心位置。

在DmEn（m，n=123）任意变化时，H1稳定条件下，从I1到I3数据位置观察抛射物飞行距离可知，总体而言说抛射物飞行距离明显依次变小，可知在研究的关键因素I中,I1为最佳角度。

而同理可知在DmEn（m，n=123）任意变化时，H2稳定条件下，从I1到I3数据位置观察抛射物飞行距离可知，总体而言说抛射物飞行距离明显依次变大，在影响抛射物飞行距离的关键因素I中I3为最佳抛射角度。

但是观察H1、H2条件下的各个总体抛射物飞行距离数据可知，H2的总体优于H1的，而试验为了获得最远的抛射物飞行距离，故舍去H1。

同理条件下，分析H3稳定条件下的I的关键因素，但是由于在此环境下所得27个数据框中仅有13个数据，不能作为很好的数据分析来源，故舍去。

综上所述，在分析关键因素I（角度）中，I3为最佳抛射角度。

最后，分析D、E、H、I得到的最优秀水平依次是D1、E3、H2、I3，观察总体数据可以得到抛射物飞行距离最远距离为142cm，对应组合为D1E3H2I3。

最后分析结果与实际测量所得数据相吻合，实验设计和分析有效。

五、控制阶段（Control）

在找出的最优组合后我们对其进行了稳定性的控制和验证，做25组实验作为建立控制界限的数据的依据，数据表5-1所示。

表5-1样本数据表单位：

cm

x

xbar

R

1

143,146,140,145,146

144

6

2

138,147,141,150,136

144.4

14

3

147,140,143,138,142

142.2

9

4

148,140,142,143,141

142.8

8

5

140,145,147,143,145

144

7

6

145,151,140,147,144

145.4

11

7

137,143,148,140,142

142

11

8

145,147,139,136,143

142.2

11

续表5-1样本数据表单位：

cm

9

141,139,146,148,140

142.8

9

10

139,142,146,140,143

142

7

11

149,142,145,138,143

143.4

11

12

140,149,146,137,141

142.8

12

13

137,142,147,148,141

143

11

14

154,146,140,144,138

145.5

16

15

141,146,139,147,140

142.6

8

16

148,145,140,143,136

142.4

12

17

142,136,139,145,148

142

12

18

150,142,146,143,149

146

8

19

146,140,148,143,150

145.4

10

20

142,147,142,145,139

143

8

21

137,143,147,140,141

141.6

10

22

149,138,147,144,140

143.6

11

23

145,147,138,147,143

144

9

24

139,145,148,140,146

143.6

9

25

144,147,137,146,143

143.4

10

143.22

9.62

注：

在数据中由于乒乓球直径（4cm）和实验过程中抛射机的位置易变动的影响，乒乓球的落点在以8cm为半径的圆内均是有效数据。

利用minitab对这25组数据分析并制作分析用控制图，如图5-1所示。

图5-1分析用控制图

通过控制图的反映的信息可以确定控制图的控制界限。

在判异准则判定下这些数据是没有异常因素存在的，可以说明建立的控制界限是有效的，可以采用这组控制界限作为控制用控制图的控制界限来进行抛射物飞行距离稳定性的控制。

确定抛射物飞行距离的控制图界限，利用这一组控制图界限建立控制用控制图，再次进行抛射实验后采集25组样本数据以备建立控制用控制图，如表5-2所示。

表5-2控制用样本数据单位：

cm

样本序号

X值

Xbar

R

1

146

139

142

144

140

142.2

7

2

147

135

138

144

142

141.2

12

3

147

138

146

141

137

141.8

10

4

145

143

149

138

147

144.4

11

5

150

145

141

149

144

145.8

9

6

146

144

151

142

140

144.6

11

7

146

150

141

145

135

143.4

15

8

146

151

141

145

148

146.2

10

9

139

142

143

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9

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144

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8

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13

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146.6

10

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6

依据以上数据利用minitab软件作验证是抛射物飞行距离最远的最优组合D1E3H2I3的控制用控制图，如图5-2所示。

图5-2控制用控制图

从图5-2可以看出经过改善的组合D1E3H2I3,在实验过程中是稳定的。

证明了改进的有效性和可控性。

完成了对抛射机性能的设计与改进。

六、总结

为期十天的课程设计结束了，这段时间是我们小组在大学期间不可多得的美好记忆。

在这次课程设计开始的时候，我们小组就紧密的结合这次课程设计的目标和宗旨，合理的制定了课程设计的日程安排和小组的分工，并且在后期，严格按照计划进行，不折不扣的完成任务。

在这次课程设计的过程中，我们小组主要的任务有：

课程设计前的准备工作（阅读课程设计相关文档）、小组讨论分工、完成课程设计的八个步骤、课程设计总结报告、个人总结。

我们在每个任务上都有一位主要负责人，将任务分摊到每个人，避免将所有任务都压在一个人身上，降低工作效率。

在短暂的十天时间内我们六个人发挥了各自的特长，十天的时间我们共同奋战，利用了并行工程的特点使每个小分组几乎同开始作业。

在采集数据的过程中，主要是由于资源和时间的限制遇到了很多问题。

解决这些问题使我们消耗掉了我们大部分的时间，超出了我们预期的计划安排，是我们陷入了困境。

不过最后在我们大家的共同努力的商讨下终