摘 要：基于多1=序冲压成形过程的设计与开发，构建了面向过程的多工序冲压成形控制系统模埠!，对影响多工序冲压成形过程质量的主要过程变量进行了识别与分析，并介绍了SPC与EPC的整合在冲压成形过程控制中的应用思路，提出以最终冲压件(包括工序件)的技术特性指标和质量要求为目标，通过多工序冲压成形过程的设计与开发，采用合适的过程控制技术，实时调整、改进冲压生产过程，控制最终冲压件的质量。
目前，冲压件牛产企、№主要通过成品检验来剔除不合格品，从而控制最终产品的质量。这种“事后检查”的方法导致了时间和人力、物力的浪费，究其原因在于忽视J，对整个冲压成形过程的有效控制和持续改进。
稳定、高质量的产品加工过程，是保证产品最终质量的关键。对多工序冲压成形加工而占，材料、工艺、设备、模具等均可能使其最终冲压件产生诸多质量缺陷，但关键还是取决于成形加工过程的能力和过程质鼋趋势。本文基于多工序冲压成形过程的设计与开发，构建厂面向过程的多工序冲压成形控制系统模型，并介绍了 SPC与EPC在冲压成形过程控制中的整合应用。
1 过程与过程控制
1．1过程
任何利用资源并通过管理将输入转化为输出的活动均可视为过程。按IS()9000：2000标准的定义，过程是“一组将输入转化为输出的相互关联或相瓦作用的活动”。图1说明了过程的关系。
图1过程的关系
过程只是一种“活动”，只有能实现增值转换的过程才是有效的过程，即过程输出的价值必须大于过程输入的价值。IS09000：2000标准还强调，一切过程必须在受控条件下运行，即通过对过程的测量和监控以保持过程的稳定性。
1．2过程控制
过程控制的实质是过程的质量控制，指为了达到过程I=I标(包括质量、效率和进度的要求)所采取的作业技术和活动[3]。这是保证产品质量的重要环节之一，控制的目的在于减少在诸多干扰因素下过程产生的波动，保证过程的稳定性和一致性，从而使过程输出保持在符合要求的范同内。当过程出现偏离控制目标的趋向时，就采取相应措施，以使其恢复到稳定状态。
2 多工序冲压成形过程的设计与开发
2．1冲压过程及过程链
图2单工序冲压过程的不葸图
图2所示为单工序冲压过程的示意图。
对于多工序冲压成形生产而言，最终的工件所经历的每道工序均叮视为一单个过程，多工序且D意味着存在多个过程，并且一个过程的输出或输出一部分成为下一个或多个过程的输入，多工序冲压成形生产实际上是一个相瓦关联的过程链，如图3所示。如果其中某一过程出现差错，往往会导致后续一系列过程的差错，只有充分控制了每一个过程的全部输入和输出，才能有效地控制整个过程链，保证最终的冲压件满足各项技术性能指标和质量要求，从而降低不合格品率。
图3多工序冲压成形过程链
2．2冲压过程的设计与开发
过程的设计与开发，是指将“要求”转换为“过程”的规定特性或规范的一组过程。对冲压成形而言，是指冲压工艺的设计与开发，将最终冲压件特性及规范转换为工艺过程特性及加工规范的过程。当采用冲压工艺加工一形状较为复杂的金属零件时，可以考虑选择多副单一序简单模或复合模或多工位级进模等不同的成形方法，由此确定的工序数量、工序性质及工序组合方式、定位方式以及各工序件的形状、尺寸等，同时要求模具的种类、结构特性及使用设备等与之相适应。
冲压过程的设计与开发，包括冲压工艺方案、各工序模具的设计与制造、相应设备的选择等。冲压件的形状、尺寸(尤其是工件的极限尺寸)及精度要求、设计基准、所用材料的冲压成形性能及其它特殊要求等，不仅决定了工序性质、数量、顺序以及冲压定位方式，还决定了模具结构及制造精度，为满足具体T件的成形要求，冲匪过程的设计与开发应充分考虑包括原材料利用率、工序方案、模具结构、模具零件材料及热处理等在内的最佳方案。
2．3冲压过程的影响因素
影响冲压过程稳定的主要因素可概括为以下7个过程变量。
(1)人：包括人的质量意识、技术能力、qk务素质、工作情绪等。这是冲压过程中起决定作用的过程变量。
(2)设备：主要包括曲柄压力机、油压机、水压机以及数控冲床等冲压设备，它们的性能、维修及保养状态等方面对冲压过程的影响相对稳定。
(3)工艺：指方法和管理体系。包括冲压工艺方案的选择，冲压过程所采用的标准、操作规程及相关工艺文件。
(4)材料：材料的影响一般没有规律性，且原因很多。冲压过程所采用的原材料，是一个较难控制但对冲压件成形质量又有较大影响的过程变量。
(5)模具：涉及模具结构设计、模具加工质量、模具材料及热处理方法、模具服役条件。只要其中任一个环节的不匹配而导致模具不起作用时，模具的综合效用将大打折扣甚至为零。
(6)检验：涉及检验设备或工具、检验手段、枪验规则及质跫标准等，用来检验最终冲压件质量是否达到产品的设计要求。
(7)环境：包括各工序生产流水线布置、工序件传送方式、操作场地的温度、湿度、噪声及整洁程度等。原料、工序件、成品及工具等物料的定置管理和分类存放等都将影响成形过程质量。冲压生产实践过程中，以卜这些过程变量并不是相互独立的，它们往往彼此联系，相互作用，共同影响着冲压成形过程的稳定性。
3 面向过程的多工序冲压成形控制系统
如前所述，过程控制的实质就是过程的质量控制，可以从以下两个不同角度来理解多工序冲压成形质量控制的概念：一是过程(产品)的“事后检验”；一是过程 (产品)的“事先控制”。其中，后者足指通过统计控制的方法预测、监控过程和冲压件(包括工序件)的质量变化趋势，实时地调整、改进冲压生产过程，从而达到控制最终冲压件质量的日的。显然，过程(产品)的“事先控制”效果更佳。
3．1系统模型的构建
通过过程的没计与开发，明确过程目标，识别影响过程稳定的因素及其带来的风险并作出相，、证的控制安排，确保过程有能力以高效的方式来实现过程目标。所构建的面向过程的多上序冲压成形控制系统模型如图4所示。
图4 面向过程的多丁序冲压成形控制系统模型
该模型的功能主要是通过对冲压件(包括工序件)的质量数据进行在线、离线的采集及录入，实现对相关质量数据进行及时、准确、有效的统计分析和处理，侧重对过程波动异常的分析、预防及改善结果追踪。系统模型除进行数据采集，还提供各种控制图表的实时绘制和对重要参数的计算，进行多冈素分析与过程的持续改进，以便掌握冲压生产过程中产品质量的动态，并及时地反馈控制。
3．2过程质量信息的采集与后续处理
3．2．1信息采集
相关质量信息的采集与管理、分析与挖掘、反馈与应用等，将对多T序冲压成形过程质量的控制和提高产生至关霞要的影响。质量数据信息采集的是否合理、分析挖掘的是否正确、制定的质量标准规范性及其适用性如何，是整个多工序冲压成形过程控制系统的关键和难点。
3．2．2信息处理
运用计算机网络和数据库技术，可以实现冲压生产过程中各关键上序产晶质量的在线监控与离线分析。即将产品质量信息数字化，合理设计并建立规范的产品质量信息存储结构，构建质量综合信息数据库，形成质量控制信息反馈同路，这是冲压加工过程质鼍控制的核心。据此可以按要求完成相应的数据统计与分析，从中发现影响产品质量变化的关键冈子，通过对过程变量的调整米保证多T序冲压成形过程质量的稳定，最终实现对冲压成形质量的过程控制。
3．3影响冲压成形过程质量的因素识别及分析
过程总有波动，多上序冲压成形过程中，最终冲压件(包括工序件)的质量特性值便会有所差异，这种差异反映了冲压成形质量的不一致性(波动性)。著名的质量管理专家戴明博士(Deming WEdwards)将产生波动的原因分成两类：一般性原因和特殊件原冈。根据产牛波动的原因不同，可将波动分为正常波动和异常波动。
一般性原因属于过程质最改进范畴，特殊性原因属于过程质量控制范畴。冲压生产过程中，影响冲压成形质量的几方面主要因素的状态必然表现为正常状态或异常状态，因此，将它们分为正常因素和异常凶素两大类来进行识别及分析。
正常冈素。由固有的条件所决定的，属于过程产牛波动的一般性原因，即指存在于过程中的属于系统本质的偶然原因，表现为慢性的、随机的。通常起因于多个相对次要的质量特性变鼍的交互作用，如：原材料中的微量杂质或性能上的微小差异；工艺参数的微小变化；成形设备及模具的固有精度、正常磨损等。这类因素所引起的质量波动是正常的，由于技术原因而较难诊断和纠正，或从经济角度考虑是不经济的而暂时不考虑采取质量改进措施。
异常因素。属于过程产生波动的特殊性原因，反映的是偶发性的局部干扰对过程的改变。通常起因于某一单个的重要质量特性变量的显著件变化，如违反操作规程、原材料质量不合格、设备性能严重受损或模具失效等。这类因素所引起的质量波动是异常的，相埘较易诊断和纠正，而且必须采取“严加控制”的态度。
4 多工序冲压成形的过程控制技术
4．1统计过程控制(SPC)
统计过程控制(Statistical Process Control，SPC)由美国质量管理专家休哈特博士(ShewhartWalter A)于20世纪20～30年代在贝尔实验室创立。用来诊断分析加1二过程中的异常变化，消除加工异常因素，以达到加T过程稳定并提高工序能力的多工序加上质量控制方法[8]。该方法基于小概率事件原理，运用过程控制图来分析过程和过程输出(产品或半成品)，对过程失控预警，并采取针对性的纠正或预防措施，使过程处于受控状态和具有满足要求的过程能力。如图5所示为SPC的模型流程。
图5 SPC的模型流程
4．2工程过程控制(EPC)
工程过程控制(Engineering Process Control，EPC)主要是在连续生产线上利用反馈、前馈或者两者相结合的控制方式，建立调整方程，通过iI耐整可控的过程输入变量，补偿过程输出值与目标值的误差。
假设过程具有可调整输入变量X，输入与输出存在函数关系：Y；一缈(B)X，其中，B为后移算子，满足B X，一XH。将过程由于无法避免的自然干扰而导致过程与目标值的偏离最设为K，通常为时间序列模式，调整后的输出误差为et—Y，+E，根据参数估计，可以预测合适的调整变量值，以此设计合适的调整方程，及时调整过程状态，从而使下一个过程的输出值回归目标值。图6所示为一个简单的过程反馈模型。
网6过程反馈模型
4．3 SPC与EPC的比较评价
SPC与EPC分属于两种不同的过程控制方法，已形成各自较为完善的理论和方法。George Box和Tim Kramer将两者进行了整体比较和评析。SPC最核心的方法是控制图技术，利片j控制图报警，消除引起异常波动的外部干扰冈素，从而减少过程波动；EPC则针对一些过程内部闩然的、无法经济消除的干扰引起的过程波动进行补偿性修止，它不消除干扰过程的特殊冈素，例如，若材料有干扰，不是改变材料而是改变过程输入设置束补偿这个干扰。
SPC与EPC虽然起源于不同的T业背景，各自的基本原理和过程模型也不尽相同。但它们的最终目标都足为了减少特殊性原因引起的过程波动，使过程的输出尽鼍接近日标值，因此两者具有一致性；而且SPC的监测功能与EPC的调整功能也是优势互补，而不是相瓦对立的。
4．4 SPC和EPC的整合在多工序冲压成形过程中的应用思路
多工序冲压成形过程是一个多变量、多输入一多输出、自相关和动态的制造过程，除r模具磨损、材料变异、设备操作等过程要素的惯性变化的影响之外，相对较短的抽样间隔和样本容量也使得过程观测数据表现为高度的自相关性L11|，观测数据的自相关破坏了SPC要求观测值相互独立并服从iF态分布的假设前提，因此，SPC可以改进其过程性能，但却无法维持过程的稳定性；相比较而言，EPC能维持过程性能，消除自相关的过程特性带来的影响，但它却无法消除那些特殊性原因，同时口，能产生过度补偿的干扰，掩盖改进过程的信息。
在多工序冲压成形过程中，如果能将二者加以有效的整合，可以起到互补的作用。SPC和EPC的整合模型框架如图7所示。利用SPC监测冲压成形过程的输出，若发现异常，则通过质鼍诊断来识别和分析影响质量的过程变量，得到一个或几个最有可能发生的异常冈素，利用EPC对过程进行调整，使过程的下一个输出趋向于目标值。必要时还要针对异常因素修正控制方案。
SPC和EPC在多工序冲压成形过程中加以整合应用，除r需要关注波动在整个过程中的转换，应该还需要与更多的工程知识相结合，需要研究更复杂的过程模型。
图7 SPC和EPC的整合模型框架
5 结语
现代质量控制强调基于“过程”的监测、控制、调整与管理。SPC和EPC的整合利用，由于发挥了EPC反应敏捷和SPC便于诊断的优点，成为过程有效控制和过程持续改进的一个重要工具。以最终冲压件(包括丁序件)的技术特性指标和质鼍要求为目标，通过多工序冲压成形过程的设计与开发，采用合适的过程控制技术，可以实时调整、改进冲压生产过程，从而达到降低不合格品率、控制最终冲压件质景的目的。对多工序冲压成形而言，这将会成为一个极有意义的课题。