Статистический анализатор для регулирования технологических процессов

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами. Целью изобретения является повышение точности анализа и регулирования путем слежения за смешением уровня по выбросам от центральной линии распределения. Анализатор.с содержит двоичные счетные блоки 1, 10,11, 12,13, реверсивный счетный блок 2, логические блоки 3,8,9, блок 4 индикации, элемент ИЛИ 5, блоки 6, 7 элементов И. Раскрыто построение логических блоков. Анализатор обеспечивает повьшение точности анализа и регулирования путем слежения за отклонением центра рассеяния параметров процесса от середины поля допуска и за его границы и за счет обработки всех результатов наблюдения, а не только тех, которые выходят за пределы поля допуска, 2 з.п., 4 ил. сл

уф ф. :

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1372333

< 11 4 G 06 F 15/46 l3, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 41 26357/24-24 (22) )2.06.86 (46) 07.02.88.Бюл. ¹ 5 (72) В.П.Усольцев (53) 621.396 (088.8) (56) Балашов Е.П., Долженков В.А.

Статистический контроль и регулиро.вание качества массовой продукции.

М.: Машиностроение, 1984, с ° 231 °

Авторское свидетельство СССР

¹ 318944, кл. G 06 F 11/00, 1970. (54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ДЛЯ

РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами. Целью изобретения является повышение точности анализа и регулирования путем слежения sa смешением уровня по выбросам от центральной линии распределения. Анализатор-r содержит двоичные счетные блоки 1, 10,11, 12,13, реверсивный счетный блок 2, логические блоки 3,8,9, блок

4 индикации, элемент ИЛИ 5, блоки 6, 7 элементов И. Раскрыто построение логических блоков. Анализатор обеспечивает повышение точности анализа и регулирования путем слежения эа отклонением центра рассеяния параметров процесса от середины поля допуска и за его границы и за счет обработки всех результатов наблюдения, а не только тех, которые выходят sa пределы поля допуска, 2 э,п.ф=лы, 4 ил.!

372333

1О

1г

40

55

Изобретение относится к вычислительной технике и измерениям и может быть использовано в автоматиэированных сиетемах управления технологическими процессами °

Цель изобретения — повышение точности анализа и регулирования, исключение производства бракованных изделий за счет непрерывного слежения за смещением уровня по выбросу последовательно следующих друг эа другом точек по одну сторону от центральной линии, либо большой группы точек, значительная часть которых находится по одну сторону от центрального значения.

На фиг.1 представлена функциональная схема статистического анализатора; на фиг.2 — схемы первого двоичного счетного блока, реверсивного счетного блока, первого и второго блока элементов И, второго и третьего логических блоков, второго, третьего, четвертого и пятого двоичных счетных блоков; на фиг.3 — схемы первого логического блока и блока индикации; на фиг.4 — кривые, характеризующие смещение цеитра распределения.

Анализатор содержит первый двоичный счетный блок l, реверсивный счетный блок 2, первый логический блок 3, блок 4 индикации, элемент

ИЛИ 5, первый 6 и второй 7 блоки элементов И, второй 8 и третий 9 логические блоки, второй 10, третий

I1, четвертый 12 и пятый 13 двоичные счетные блоки.

Счетный блок 1 состоит из счетчика 14 и дешифратора 15.

Реверсивный счетный блок 2 состоит из реверсивного счетчика 16 и дешифратора 17.

Первый логический блок 3 состоит из шести трехвходовых элементов И 1823 и двух двухвходовых элементов

И 24 и 25.

Блок 4 индикации состоит из двухвходовых элементов ИЛИ 26 и 27, восьмивходового элемента ИЛИ-НЕ 28, четырехвходового элемента ИЛИ 29, четырех формирователей импульсов: коррекции "- 30, коррекции "+" 31, отсутствия необходимости коррекции

32, блокировки процесса 33; узла

34 коммутации и индикатора (светового табло) 35.

Первый 6 и второй 7 блоки элементов И состоят каждый из двух нормально разомкнутых цепей — первая: первый информационный вход — первый выход, и вторая: второй информационный вход — второй выход, замыкающихся при подаче сигнала на управляющий вход каждого блока.

Второй логический блок 8 состоит из двух двухвходовых элементов И 36, и 37 и двухвходового элемента ИЛИ. 38.

Третий логический блок 9 состоит иэ двух двухвходовых элементов И 39 и 40 и двухвходового элемента ИЛИ 41.

Двоичные счетные блоки содержат: второй — счетчик 42 и дешифратор 43, третий — счетчик 44 и дешифратор 45, четвертый — счетчик 46 и дешифратор

47, пятый — счетчик 48 и дешифратор

49. Шины установки элементов и блоков анализатора в исходное состояние на схемах не представлены.

Принцип работы анализатора заключается в следующем.

При нормальной генеральной совокупности вероятность нахождения значения параметра технологического процесса на данной стороне от центральной линии равна 1/2, Вероятность того, что следующее значение параметра будет находиться на этой же стороне от центральной линии, равна 1/2, а вероятность одновременного нахождения первого и второго значений параметров по одну сторону от среднего значения, т.е. получения серии из

1 двух значений равна — — . Напри%

4 мер, если А — центральная линия нормальной генеральной совокупности,  — первое значение параметра, С второе значение, то вероятность того, что В (A и С <А, равна произведению этих в ероятностей .

Вероятность получения серии из п таких последовательных значений параметра, находящихся на заданной стороне от центральной линии поля допуска Р„, определится по формуле

Вероятность получения серии из и последовательных значений пара- метра технологического процесса, находящихся либо выше, либо ниже центральной линии Р, определится

2п по выражению

1372333 и

P = 2 ° (---)

2 (2) Если не получен выброс, содержащий ровно и значений параметров,то необходимо увеличить длительность анализируемой последовательности до r naния анализируемого параметра выше или ниже центральной линии при одной операции анализа. Таким образом

35 (3) Р = (---) ) С г,m 2 r 7

) m

Ч r! где С

q! (r-q) t (4) 40

Вероятность получения m r точек на любой стороне составляет, таким образом 45

P = 2 (-- ), С„.

2(r,vn1 (5) При заданной нероятности можно рассчитать такую последовательную серию значений параметра технологического процесса, находящихся на одной стороне от центральной линии поля допуска, превышение которой не подтверждает гипотезу о том, что получение этой последонательности имеет случайный характер, а свидетельствует о смещении центральной линии нормальной генеральной совокуп50

55 раметров, из которых m находятся по одну сторону от центральной линии.

Например, если А — центральная линия нормальной генеральной совокупности,  — первое значение параметра, С вЂ” второе значение, D — третье значение, E — четвертое значение, то. определим вероятность одновременного выполнения следующих условий: В А и С с А и D) А и Е À, Обозначим приведенные в примере количество последовательных событий Р,С,D,Š— r, 20 количество событий по одну сторону от центральной линии В,С,Š— m. Вероятность получения в анализируемой серии из r значений параметров технологического процесса m параметров по одну сторону от центральной линии поля допуска определяется с помощью биномиального распределения, т.е. суммы последних (r-m+1) членов бинома (P + Q) где P

1 — вероятность попадания значе2 ности от центральной линии поля допуска. Совмещение с центральной линией поля допуска центральной линии нормальной генеральной сонокупности, смещение которой проявляется в поянлении последовательных серий значений параметра технологического процесса, находящихся на одной стороне от середины поля допуска, положено в основу работы статистического анализатора.

Для анализа нормальности генеральной совокупности используется дополнительно контроль за выходом параметра за поле допуска. Если результаты анализа последовательной серии значений параметра технологического процесса свидетельствуют об отклонении центральной линии ниже середины поля допуска, а ряд параметров вышел эа верхнее поле допуска, то это свидетельствует, что форма генеральной совокупности отлична от нормальной.

Анализатор работает следующим образом.

Перед началом работы все элементы устанавливаются в исходное состояние и по выражениям (2) и (5), исходя из заданной вероятности, определяются величины последовательной серии значений йараметра технологи1 ч еского процесса, нахождение которых на одной стороне от середины поля допуска не может иметь случайного характера — всех следующих друг за другом последонательных значений — n u m значений по одну сто-. рону от середины поля допуска иэ серии по г последовательных значений. При определении т значений иэ серии по r определяется по выражению (2l для заданной вероятности наименьшая величина последовательных значений, расположенных по одну сторону от середины поля допуска p(pen), при которой можно получить результирующую серию иэ m значений в серии по г значений. Согласно полученным значениям соответствующие им выходы дешифраторов, т.е. те ныходы дешифраторов, на которых появляется сигнал после поступления на вход счетчика импульса с данным порядковым номером, соединяются по схеме фиг,2.

В этом случае первыми выходами блоков 11 и 13 являются ныходы дешифраторов 45 и 49 на которых появляются сигналы в том случае, если

1372333 на вход счетчиков поступило менее р сигналов, вторыми выходами — выходы дешифраторов 45 и 49, на кото— рых появляются сигналы в том случае, 5 если на вход счетчиков поступило налов, первым выходом реверсивного счетного блока 2 является выход дешифратора 17, на котором появляется сигнал в том случае, если на вход вычитания счетчика поступило m сиг15 налов, а вторым его выходом является выход дешифратора 17, на котором появляется сигнал в том случае, если на вход сложения реверсивного счетчика поступило m сигналов.

В процессе работы статистического анализатора на счетный вход блока 13 подается сигнал в том случае, если параметр технологического процесса находится ниже середины поля допуска; на счетный вход блока ll сигнал подается, если параметр технологического процесса находится выше середины поля допуска. Если параметр технологического процесса выше верхней границы поля допуска, то сигнал подается на вход блока 10, если ниже нижней — то на вход блока 12.

Поступившая на вход блока !3 последовательная серия сигналов, количество которых соответствует количеству параметров технологического

40 процесса, находящихся ниже середины поля допуска, будет просуммирована счетчиком 48, а каждый из этих сигналов будет производить сброс счетчика 44, в результате чего на выходе ° дешифратора 49 появится сигнал, соответствующий длине последовательной серии, а на выходе дешифратора 45 появится сигнал о том, что длина

50 с ерии параметров, которые выше середины поля допуска, равна нулю.

Если в процессе поступления последовательной серии сигналов на вход блока 13 поступит сигнал на вход блока 11 о том, что параметр технологического процесса ниже середины поля допуска, то этот сигнал будет просуммирован счетчиком 44 и произIl сигналов, третьючи выходами — выхо— ды дешифраторов 45 и 49, на которых появляются сигналы в том случае, если на вход счетчиков поступило 10 ровно р сигналов. Вьгходом блока 1 является выход дешифратора 15, на котором появляется сигнал в том случае, если на вход блока поступило r сигведет сброс счетчика 48. Аналогичная ситуация произойдет и в том случае, если последовательная серия сигналов будет поступать на вход счетчика 44, а единичный сигнал, поступивший на вход счетчика 48, произведет сброс счетчика 44.

Исходя из изложенного, на выходе дешифратора 49 будет сигнал, соответствующий длине анализируемой в текущий момент последовательной серии параметров технологического процесса, находящихся ниже середины— поля допуска, а на выходе дешифратора 45 — сигнал о том, что длина последовательной серии параметров, находящихся выше середины поля допуска в текущий момент, равна нулю. Таким образом, сигнал появляется на вывыходе либо дешифратора 49, либо дешифратора 45.

При анализе параметров технологического процесса, при котором средняя линии нормальной генеральной совокупности совпадает со средней линией поля допуска, отклонение параметров от средней линии вверх и вниз имеет случайный характер, и длина последовательной серии параметров, расположенных по одну сторону середины поля допуска, не превышает P. Сигналы о нахождении параметра ниже середины поля допуска попадают на вход блока 13 и суммируются им. При появлении сигнала о нахождении параметра выше середины поля допуска на входе блока Il, счетчик 48 сбрасывается, а счетчик

44 начинает суммирование. Так как длина серии не превышает Р, то сигналы появляются попеременно на первых выходах блоков 11 и 13, Если разброс параметров невелик и они не выходят за пределы поля допуска, т.е. генеральная совокупность нормальна, то сигналы имеются на первых выходах блоков 10 и 12. На остальных выходах всех блоков сигналы отсутствуют, а из-за отсутствия сигналов с выхода логического блока 3 элемент ИЛИ-HF. 28 блока индикации дает разрешение формирователю 32 отсутствия необходимости коррекции и через узел 34 коммутации на индикаторе 35 высвечивать информацию об отсутствии необходимости коррекции.

1372333

При отклонении средней линии нормальной генеральной совокупности, например, в сторону ниже середины по— ля допуска длина последовательной

25 серии параметров, расположенных по эту сторону от середины поля допуска, увеличивается. Соответственно увеличивается количество сигналов, поступивших на вход блока 13, каждый 1О из которых производит сброс блока ll

После того, как поступит P сигналов на вход блока 13, появится сигнал на его третьем выходе, а на первом и втором его выходах сигнал будет от- 15 сутствовать. У блока 11 сигнал будет присутствовать только на первом выходе, что соответствует его нулевому состоянию. Сигнал С третьего выхода блока 13 открывает первый блок 6 20 элементов И, через который сигналы о нахождении параметра ниже поля допуска, поступающие на вход блока 13, поступают и на суммирующий вход блока 2 и через элемент ИЛИ 5 на . вход блока l. Сигналы о нахождении параметра выше поля допуска, поступающие на вход блока ll, поступают через блок 6 на вычитающий вход реверсивного счетного блока и через 30 элемент ИЛИ 5 — на вход блока 1.

Если после поступления P сигналов в серии она не кончилась, а продолжается, и длина последовательной серии параметров, расположенных ниже середины поля допуска, достигла п, но ни один параметр не вышел за переделы поля допуска, то сигнал появляется на втором выходе блока 13, на первом выходе блока 11 сигнал ос- 40 тается и остаются сигналы на первых выходах блоков 10 и 12. Сигналы с второго выхода блока 13 и с первого выхода блока ll поступают на третий и четвертый входы третьего логичес- 45 кого блока 9, с выхода которого через логический блок 3 сигнал поступает на вход элементов ИЛИ 26 и ИЛИНЕ 28 блока индикации, в котором отключен формирователь 32 отсутствия необходимости коррекции, и формирователем 30 сигнала коррекции (-и) через узел 34 на световом табло 35 высветит информацию о необходимости отрицательной коррекции °

То же самое происходит, если при отклонении средней линии нормальной генеральной совокупности ниже середины поля допуска длина последовательной серии параметров, расположенных ниже середины поля допуска, достигла ве.",инины п и при этом допустимое количество параметров, соответствующее нормальной совокупности, вышло эа нижнюю границу поля допуска. В этом случае, в отличие от предыдущего, сигнал появится на втором выходе блока 12, в остальном по связям предыдущего случая на табло

35 высветится информация об отрицательной коррекции.

При отклонении средней линии нормальЯой генеральной совокупности ниже середины поля допуска, когда длина последовательной серии параметров, расположенных ниже середины поля допуска, достигла величины и, но иэ-за деформации распределения отклонение от нормального больше допустимого и часть параметров вышла за верхнюю границу поля допуска, дополнительно г сигналам на третьем и четвертом входах третьего логического блока появятся сигналы на первом выходе блока !2 и на втором выходе блока !О, наличие которых через элемент 22 первого логического блока, элемент 28 блока индикации выдаст запрет формирователю 32 отсутствия необходимости коррекции, а через элемент 29 даст разрешение формирователю 33 блокировки, который через узел 34 на световом табло 35 высветит информацию о необходимости блокировки процесса. Возможно, что после поступления р сигналов, соответствующих длине серии параметров, расположенных ниже середины поля допуска, поступающих на вход блока

13, поступил сигнал о том, что следующий параметр по причинам случайного характера попал в область выше середины поля допуска. Этим сигналом, поступившим на вход блока 11, осуществится сброс блока 13 но, так как первый блок 6 элементов И остается включенным (поступившим ранее сигналом с третьего выхода блока 13), то через него сигналы о нахождении параметра ниже и выше середины поля допуска будут поступать через элемент 5 на вход блока 1 и суммироваться счетчиком 14, вместе с тем сигналы о нахождении параметра ниже середины поля допуска будут поступать на вход сложения, а о нахождении параметра выше середины поля до137233

45 пуска — на вход вычитания реверсивного счетного блока.

После того, как счетчик 14 просуммирует r сигналов (а с учетом

5 поступивших ранее р сигналов, фактически r-p сигналов), сигнал с его выхода поступит на второй вход третьего логического блока 9. Если к этому моменту реверсивный счетчик

16 насчитал (m-p) сигналов, т.е. разница между количеством импульсов, поступивших на его входы сложения и вычитания равна (m-p), что соответствует нахождению m параметров в последовательной серии из r ниже середины поля допуска, сигнал с второго выхода блока 2 поступит на первый вход третьего логического блока.

Дальнейшая работа статистического анализатора совпадает с изложенным, когда длина последовательной серии параметров, расположенных ниже середины поля допуска достигла п, в результате чего сигналы поступили на третий и четвертый входы третьего логического блока 9.

При отклонении средней линии нормальной генеральной совокупности, например, в сторону выше середины поля допуска работа статистического анализатора отличается тем, что наибольшее количество сигналов поступает на вход двоичного счетчика 44, сигнал с третьего выхода которого

35 открывает блок 7 и при длине последовательной серии параметров, расположенных выше середины поля допуска равной и, либо наличии в последовательной серии из r параметров m 4О параметров выше середины поля допуска, сигналы с второго выхода блока

11 и с первого выхода блока 13, либо с выхода блока 1 и первого выхода реверсивного счетного блока 2 поступают на первый и второй или третий и четвертый входы второго логического блока 8, через который поступают на входы первого логического блока. В блоке индикации вырабатывает50 ся запрет формирователю 32 отсутствия необходимости коррекции и разрешение формирователю 30 отрицательной коррекции или формирователю 33 блокировки 1в зависимости от состояния двоичных счетчиков 42 и 46, фиксиру55 юших выход параметра за нижнюю и верхнюю границы поля допуска), которые через узел 34 коммутации на таб3 1О ло 35 высветят соответствующую информацию о необходимости коррекции или отрицательной коррекции или блокировки, Формула изобретения

1 . Статистический анализатор для регулирования технологических процессов, содержащий первый двоичный счетный блок, реверсивный счетный блок, первый логический блок и блок индикации, группа входов которого соединена с группой выходов первого логического блока, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения точности статистического анализа, введены второй, третий, четвер тый и пятый двоичные счетные блоки, второй и третий логические блоки, первый и второй блоки элементов И и элемент ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом первого двоичного счетного блока, первый вход и вход суммирования реверсивного счетного блока связаны с первыми выходами первого и второго блоков элементов И, второй вход и вход вычитания реверсивного счетного блока соединены с вторыми выходами первого и второго блоков элементов И, счетные входы второго и четвертого двоичных счетных блоков являются первым и вторым информационными входами анализатора, третий информационный вход анализатора связан со счетным входом пятого двоичного счетного блока, с первыми информационными входами первого и второго блоков элементов И и с входом сброса третьего двоичного счетного блока, четвертый информационный вход анализатора подключен к счетному входу третьего двоичного счетного блока, к входу сброса пятого двоичного счетного блока и к вторым информационным входам первого и второго блоков элементов И, первый и второй выходы четвертого двоичного счетного блока соединены соответственно с первым и вторым входами первого логического блока, выходя второго и третьего логических блоков связаны соответственно с третьим и четвертым входами первого логического блока, первый и второй выходы второго двоичного счетного блока подключены соответственно к пятому и шестому входам первого логи1372333

1 2 ческого блока, первый, второй и третий выходы пятого двоичного счетного блока соединены соответственно с первым входом второго логического блока, с третьим входом третьего логического блока и с управляющим входом первого блока элементов И, второй вход второго логического блока связан с вторым выходом третьего двоичного счетного блока, третий вход второго логического блока и второй вход третьего логического блока подключен к выходу первого двоичного счетного блока, первый выход третьего двоичного счетного блока соединен с четвертым входом третьего логического блока, первый и второй выходы реверсивного счетного блока связаны сс-Ответственно с четвертым входом второго логического блока, и с первым входом третьего логического блока, управляющий вход второго блока элементов И подключен к к третьему выходу третьего двоичного счетного блока °

2. Анализатор по и.1, о т л и ч а ю шийся тем, что первый логический блок содер»кит восемь элементов И, входы которых являются первым, вторым, третьим, четвертым пятым и шестым входами блока, а выходы составляют группу выходов блока.

3. Анализатор по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что второй и третйй логические блоки содер»кат ка»кдый первый и второй элементы И и элемент ИЛИ, выход которого является выходом блока, входы соединены с выходами первого и второго элементов И, входы которых слу»кат первьм, вторьм, третьим и четвертым входами блока.

1372333

5рап

Хю ю

Хю ч Ee®r

Ееое

Составитель В.Воронков

Редактор В. Ланко Техред M. Хода нич Корректор Л,Пилипенко

Заказ 484/41 Тираж 704 Подписное

В111ППШ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

11роизводственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.11роектная, 4