基于LabVIEW的统计过程控制在注塑机上的应用
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摘 要：通过研究基于labview的注塑机数据采集和分析，提出了一套利用LabVIEW的统计过程分析工具，对注塑机的工艺参数和产品质量进行质量控制的方法。并通过仿真说明了设计的可行性，直观的得到统计过程参数和控制图，并能够超限报警。
中图分类号：TM-93 文献标识码：B 文章编号：
目前，塑料机械已经取代家电成为广东省产值排头位的支柱产业。注塑机的制品质量主要有原料、模具设计和工艺参数决定。当原料和模具确定之后，工艺参数的选择对制品质量至关重要。而目前注塑机很多还是采用试模的方法进行工艺参数的设定。
本系统利用统计过程控制的理论，对制品质量进行统计过程控制，利用缺陷的特点进而确定工艺参数的选择。
本系统设计了完善注塑机的人机界面，对注塑机的工艺参数进行采集、显示、分析和管理，为注塑机控制和检测系统的完善提供帮助，有其实际效益和价值。将统计过程控制应用到注塑机中，对注塑机的生产质量和效率有很大的提高。
1.系统设计
在注塑过程中，操作员往往根据以前的注塑经验和原料的特点进行初始参数设定； 一次注塑完成后， 再根据注塑件存在的缺陷， 进行参数的调整， 然后再进行下一次注塑，直到得到合格的注塑件。而在此注塑过程中， 利用统计过程控制的方法，能够合理有效的设计试验，使试验次数少，结果准确。
2.数据采集
本系统硬件上通过HC-33C三相电量采集模块进行功率和其他参数的采集；软件上设计了系统登录功能模块、参数配置模块、数据采集模块、SPC统计过程控制模块，数据回放模块。
数据采集部分主要利用LabVIEW的第三方modbus工具包进行数据采集程序的编写。
利用modbus协议的采集程序要进行波特率、采集模式、串口参数输入寄存器的开始地址等参数的设置。图1为简单的连续采集程序。
图1 数据采集
3.统计过程控制
在注塑机的运行中，注塑制品的质量和注塑成型的效率是我们关心的两大主要方面。我们一方面要要保证注塑制品的质量，保证其没有缺陷，防止废品的发生；另一方面要通过采集的数据直观的显示工艺参数的选择的合理性。在质量控制方面，统计过程控制是现在比较流行的控制方法。
根据 EIA-557-IA 中的定义，统计过程控制（简称SPC） 是指“利用统计技术将数据转化成信息、形成文件，以便纠正并改进过程的性能”。统计过程控制利用数理统计方法对过程进行评估和监控，建立并保持过程处于可接受的且稳定的水平，从而保证产品与服务符合规定的要求的一种质量管理技术。
它认为，当过程仅受随机因素影响时，过程正常波动；当过程中存在系统因素的影响时，过程异常波动。当过程处于正常波动时，过程特性一般服从正态分布；而过程处于异常波动时，过程分布将发生改变。
统计过程控制主要是有两个方面：
一是利用控制图分析过程的稳定性，对过程存在的异常因素进行预警，常见的控制图类型有：X-R控制图，X-S控制图，p控制图，np控制图等。在LabVIEW中，安装了LabVIEW DSC Module后，可以在函数选板中找到SPC 工具包，它包含统计过程控制的大量图表和计算方法，调用方便。
二是计算过程能力指数分析稳定的过程能力满足技术要求的程度，对过程质量进行评价。
过程能力Cp指过程满足技术要求的能力，常用客户满意的偏差范围除以六倍的西格玛的结果来表示：
Cp=（规格上限规格下限） / 6σ
所以σ越小，其Cp值越大，则过程能力越好，过程质量越高，但这时对设备和操作人员的要求也高，加工成本也越大，所以对于Cp值的选择应根据技术与经济的综合分析来决定。
过程能力指数Cpk指过程平均值与产品标准觃格发生偏移的大小，常用客户满意的上限偏差值减去平均值和平均值减去下限偏差值中数值小的一个，再除以三倍的西格玛的结果来表示：
Cpk = MIN（规格上限-过程平均值，过程平均值-觃格下限）/3σ
过程能力指数Cpk的值越大，表明产品的离散程度相对于技术标准的公差范围越小，因而过程能力就越高；过程能力指数的值越小，表明产品的离散程度相对公差范围越大，因而过程能力就越低。因此，可以从过程能力指数的数值大小来判断能力的高低。
本系统的SPC部分主要选用X-R图（均值和极差图）作为控制图。
X-R函数
用它来显示螺杆转速，模腔温度和注射压力等工艺参数的稳定性，并对不符合的状态进行报警并显示；还计算了过程能力和过程能力指数来判断过程质量的好坏。
过程能力函数
通过分析可以直观的看出在什么工艺参数下制品的质量最好，没有缺陷，有利于我们设定较好的工艺参数，而且可以看出工艺参数的过程能力和稳定性。
本系统通过仿真分析，说明了系统的可行性。仿真中采样40组样本，每组样本包含5个个体作为仿真数据，来进行仿真分析，得出控制图和过程均值、过程西格玛值、过程能力大小和过程能力指数大小，并进行超限警报。
图2 SPC分析图
4.结 论
本控制系统实现了对注塑机工作过程中的工艺参数进行实时在线采集和处理；根据统计过程控制的方法设计试验，对注塑机产品质量进行分析，确定工艺参数的设置。
参考文献：
[1]田宇，基于虚拟仪器的注塑机能耗检测系统及相关研究[D]北京化工大学，2011
[2]陈树学，LabVIEW宝典，电子工业出版社[C]2012
[3]雷振山，高级编程与虚拟仪器工程应用，中国铁道出版社[C]2012
作者简介：刘云明（1992-）男，福建泉州人，2014年毕业于华南理工大学材料成型及控制工程（高分子方向）专业，在读本科生。