第一篇：生產的統計過程控制

一、統計過程控制的目的1、為產品的品質提供保證

應用統計方法通過對生產過程中的各階段進行監控，達到保證與改進質量的目的。

2、縮短質量問題的反饋時間

“可靠的產品來自可靠的過程”，穩定狀態是生產過程控制的目標。當生產過程發生異常時，運用統計方法可以及時地發出預警信號，由于對整個過程進行了實時控制，預防了不合格的產生，也縮短了質量問題的反饋時間。

3、降低成本

運用統計過程進行控制下的生產是最經濟的。產品成本包括生產成本和質量成本，相對來說生產成本較為固定，當到達最低限時，只有通過有效地控制質量成本達到降低產品成本的目的。

4、易于操作，可靠性強

在各個關鍵控制點和各道工序，經過基礎培訓的操作員可以根據直觀的圖表評估生產過程的穩定性。

二、統計過程控制的實施

1、質量策劃

質量策劃的過程有繁有簡，對于塑膠玩具類產品可以是由以下幾個步驟完成：

確定產品要求—確定關鍵過程/變量—確定關鍵過程控制方法—確定測量指標—人員培訓質量策劃的輸入是客戶要求和產品安全標準，輸出是生產流程圖、作業指導書（包括生產指引和檢測指引）、合格的操作和檢測人員。在質量策劃過程中最重要的工作是確定關鍵過程/變量和確定相應的控制方法，關鍵過程是對產品的品質具有決定性的影響。而控制方法又決定了對過程控制的有效性。通常，對下列場合考慮確定有關鍵過程/變量：

（a）產品的主要質量特性

（b）對產品的質量有重大影響的關鍵工序

（c）屢屢發生質量問題的場合在塑膠玩具中，注塑過程會被定義為關鍵過程，注塑過程中的溫度、壓力和周期定義為關鍵變量并進行監控。

2、實時的生產評估

在生產過程中，通過以下的步驟完成：

（a）過程數據收集

由指定的操作人員按照作業指導書的要求，在規定的時間記錄各個控制點的工作參數，并在相應表格或圖表中做出標示。

（b）實時的統計過程監控

主要應用控制圖對過程進行監控。保證各關鍵變量滿足各項質量規定，并可根據工序輸出的結果有效地評估過程能力。

（c）產品確認

通過對產品的各方面質量性能的檢測，進一步對過程能力的加以確認。

3、過程改進

一般在兩種情況下，應對過程進行及時改進：

（a）在現場中，控制圖上超出控制界限顯示異常的情況增多

（b）在產品確認中，發現有不合格品的出現

在這個階段由品質管理人員召集相關生產部門組成問題解決小組，查找異常發生的根源，并制定及時的糾正措施和后續的預預措施。改進措施應做到“查出異因，采取措施，保證銷除，不再出現，納入標準”。

三、統計過程控制為企業帶來的效益

通過利用統計過程控制，為企業降低成本、提高質量，創造競爭優勢：

1、改進工序能力，通過實時的控制，盡量減少各工序的變異，從而生產出質量穩定的產品。生管物控論壇

2、降低成本，通過優化工序的設計，使得工序能力滿足生產要求，而不只是一味地要求工序能力過高。

3、減少事后發生的損失，當一旦發現過程出現不受控狀態，可以隔離相應的產品、減少壞品損失。

第二篇：鑄造生產的統計過程控制

鑄造生產的統計過程控制

摘要：本文討論統計過程控制和數據收集帶來的好處，它們能夠提高各種鑄件的質量和降低成本。許多人錯誤地認為SPC實施困難，既費時、費力和費錢又回報得益不多。實際情況并非如此，SPC和數據收集的實施很容易，而且回報遠遠超過投資。本文將提供經驗判斷對質量的影響，并與采用統計方法作比較。本文將回顧SPC的歷史和基本原理，數據收集的必要性，以及如何確定最適合每個工序運作的方法。本文還探索可用的簡單有效的實施方法，以及提高數據收集過程自動化和效率的基本途徑。

關鍵詞：SPC，過程控制，質量，數據收集，鑄造生產前言

面對今天競爭激烈的市場，質量既是確定的又是有差異的。說它是確定的，因為任何人不能為客戶提供質量好的產品將很快從業界消失。但是，質量同樣能夠讓你從競爭對手區分開。結構良好和實施質量管理系統可降低返修量和廢品，達到節約成本和得到更低報價。對鑄造企業來說，這就需要重新考慮現行的質量和實現質量的最佳方法。

2舊的質量控制方法與新的質量控制方法

2.1舊的質量控制方法

對許多鑄造企業來說，質量可簡單地用以下方式表示（以熔化為例）:

1）按工序制造過程產品（配料、熔化鐵水）；

2）檢查產品缺陷（化驗）；

3）需要時返工（一次成分不合格，調整）；

4）檢驗返工產品（重復化驗）；

5）進入下一工序（澆注）；

6）回到第一步，重復操作第1到第5步。

這種方式可認為是質量控制的“檢驗法”。對于利用這種最基本的質量控制系統的企業來說，它們以昂貴的費用：“檢驗”產品質量，但無助于改正引起產品缺陷的根本原因。我們經常做的事情，就是采用收集基本缺陷數據的方式，這是一種主要將缺陷的產生推回到操作人員的做法。這種錯誤概念來自認為操作人員通常是產生質量問題的起因。它不能找到產生缺陷的真正原因，而只在缺陷已經產生之后才檢驗出質量不好的產品，即事后把關。

這種方式同樣非常依賴于本身就缺少一致性和準確性的經驗判斷。經驗判斷經常會讓漏檢的缺陷進入下一道工序，如果在組芯中或下芯時發現砂芯缺陷，則返工成本更可觀，此時組合砂芯可能要額外的拆卸更換有缺陷的砂芯。更糟糕的是不合格的鑄件產品可能引起汽車零部件使用壽命縮短，并失去良好的客戶信譽。無論在哪里檢驗出缺陷，返修和報廢的材料都增加了產品的生產成本。

2.2 新的質量控制方法

更好的方法是采用統計過程控制（SPC）法實時監控在鑄造生產過程中最容易產生鑄件缺陷的關鍵工序。這里含有用于預防代替檢驗的概念，并且減少對經驗判斷的依賴。經驗仍然在總體質量方法中起作用，有助于在FEMA分析中由現有過程導致的一貫性缺陷。這使得過程控制首先注意到最能夠實施“防犯于未然”的區域，最終檢驗員不再是查找缺陷的“警察”，而變為幫助工作人員防止缺陷發生的同事。

這種方法同樣考慮到生產過程的各個方面，包括人、機、料、法和環境，并且清楚地認識到人只是過程中眾多資源之一。這個方法把防止不良質量放在首位，以便減少廢品和浪費，最終達到生產率和收益的增加。

3工業與質量歷史回顧

19世紀初期，美國工業正在尋找提高生產率的方法來降低成本和增加收益，但沒有想到質量對這種關系的沖擊力。此時最廣泛采用的是1911年泰勒（Fredrick Taylor）在他的著作《科學管理的原理》中提及的技巧。作為一名工業工程師和顧問，他以顧問身份服務于早期的工業家，如亨利?福特等人。他不斷尋求提高機器和工人工作效率的方法，他使用的基本假定是大部分工人又笨又懶，金錢是他們主要的動力來源，因而在工人與管理之間應有嚴格的區分。他觀察到工人會放慢他們的作業，害怕工作太有效而變成失業。他相信可以利用工人以金錢作為工作的動力來克服他們的懼怕和提高生產率。基于這種信念，他創立了“計件”工資制，對工人支付定量生產件數的基本工資，對超過定量的生產件數付給額外獎金。現今還有一部分行業使用這種體制。工人被當作機器，他們很快變得疏遠和不滿足。產品的生產主要根據數據量而不是質量，管理采用“胡蘿卜加大棒”的辦法來降低成本和增加利潤。到19世紀20年代，得益于休哈特（Walter Schewart）博士的工作和努力，質量變成公司降低成本的整體計劃的組成部分。他作為西方電氣公司工程部的著名科學家，被譽為統計過程控制之父。在1924年他計劃了一種抽樣圖表，“設計用來指示在給定類型的缺陷部件中觀察到的變化百分比，這是很有意義的，亦即指出對產品是否滿意”。他認為產生缺陷的原因可分為“偶然原因”（生產過程中固有的可預測的變化，現在經常稱為“普遍原因”）和“異常原因”（由特殊的不可預測的原因或事件引起的變化，現在經常稱為“特殊原因”）。據此應該著重研究和消除異常原因，以便改進質量，但不必浪費資源去解決對整個過程和生產質量影響不大的偶然原因。這種方法亦可用來確定某一工序的固有能力，此時“控制界限”可作為一個工序的合格率的控制線。

當貝爾實驗室科學家將休哈特的概念付諸實施時，他的方法使幾項廢品降低了50％，和節省西方電氣公司幾百萬美元的開銷和材料。利用他的統計技術證明通過質量改進能夠節約成本和增加利潤，并且引起許多大型工業公司的注意。管理部門開始認識到人不能生產出工序所允許的更多的產品和更好的質量。在他1931年的著作《控制產品質量的經濟檢驗》中全文述他的統計抽樣方法的研究結果，并且這個結果仍然是現代統計過程控制的基礎。一位西方電氣公司的同事戴明（Edware Deming）在參加美國作戰部和后來在日本講授質量基本原理時，將休哈特的成果加以擴展。戴明在他的“管理的14項職責”中將統計過程控制和質量論述為管理哲學，并把它作為一種工具使工人參與搞好機構的活動。他采用這種統計工具和管理哲學去鼓勵工人負責在他們控制下的工序的質量。休哈特的實踐和戴明的哲學相結合至今還在不斷提高美國工業的質量和生產率。SPC的基礎——各種控制圖

過程控制圖可分為兩大類別：用于測量變量的圖表和用于測量屬性的圖表。根據監控的過程和收集數據的來源，它們的用途各不相同。

變量圖的實例：監控型砂緊實率。兩碾砂之間通常會出現緊實率的少量變化。比照控制允許值來跟蹤這種變化可以確定工序是否在合格范圍之內，或者在不合格緊實率的型砂出現能迅速指出那些需要檢查或改正的，因“特殊原因”而產生的事件。

屬性圖的實例：在制芯操作中跟蹤有缺陷的砂芯數目，計算在一個班次砂芯成品率。跟蹤與控制范圍有關的數據可以保證前面各工序的總體質量，或者在下一個缺陷砂芯產生之前指出需要檢查和改正芯盒或制芯工藝參數設置。

變量控制圖：

最常用的變量控制圖表是X控制圖和R控制圖，它們經常一起使用。X控制圖用來監控工序的位置或者工序的計量值，而R控制圖用來監控工序的范圍或者分布。在正常運用中，獲取一個樣本的多個讀數，然后相加及求平均值后產生繪在圖上的數據點。任何落在上控制限（UCL）或下控制限（LCL）之外的數據點表示由于特殊原因引起的不合格的工序變化，在進行下一步生產之前需要檢查和改正。

除了數據點超出UCL或LCL表示有特殊原因之外，還有其他規律可指出在沒有超出UCL或LCL時存在的特殊原因。這些規律的依據是變量的統計概率，并可以對很快失控的工藝過程作出預先提示。這樣就能夠在生產出有缺陷產品之前進行檢查和改正。一些常用的實例包括：

●2個以上接近UCL或LCL的連接續點

● 6個增加或降低的連續點

●8個在中間值一邊的連續點

● 14中間值兩邊交替出現的連續點

還有其他限制更多的規律，由控制圖的特殊區域來決定，而且對于剛開始SPC計劃的鑄造廠來說還不需要這些規律。這些規律隨工序的不同而有差別。應該記住，過多規律可能產生大量的“偽報警”，但規律太少又可能在生產過程中漏檢有關的問題。

當第一次建立一個生產工序的X控制圖或R控制圖時，UCL、LCL和中值數控線必須確定下來而不是隨意規定。這就需要實時運行和測量，然后采用測量值計算出UCL、LCL和中間值。為確保計算值為有效性，工序的生產過程必須是穩定的和可重復的，否則所提數據有偏移，在以后可能對生產過程產生錯誤的反饋。采用著名的平方律可從讀數值來驗證生產過程的穩定性，具有“鐘形曲線”的正態分布即表明生產過程是穩定的。用于生產過程控制的步聚和計算在本文提及的參考書中有許多介紹，當首次建立圖表時必須遵守這些文獻。屬性控制圖：

屬性圖用于不可計量的特性的控制。這些特性通常用“好”或“不好”等來表達，正如在化妝品檢驗或測試運行中所遇到的情況那樣。這種特性稱為屬性，用簡單的計數數據來制表。屬性圖表有三種主要類型：

●P圖，測量某批產品中缺陷部件的百分比

●np圖，測量某批產品中缺陷部件的數目

●C圖，監控某批產品中缺陷部件的總數

對于X直方圖和R曲線圖的控制界限要建立在對穩定運行的工藝過程的初始計算上。這是一個連續生產產品的過程，所有的缺陷來自工藝過程內部的固有的普遍原因，而不是由需要

檢查和改正的特殊原因所引起來。在某些例子中，例如鐵素體球鐵Mn的含量，可以規定一個控制上限，當材質缺陷達到不可接受的水平生產時過程必須中斷。

其他數據收集方法：

雖然統計過程管理可用來減少，甚至可能取消中間經驗判斷的操作，但是所有實施的經驗判斷應盡量收集和編制最有意義的數據。如前所述，當需要建立工序控制點時，這些數據對首先應在何處加強控制提供了巨大的幫助。同時它也提供了與SPC圖表、數據相關的反饋，使管理層確信SPC計劃正在改進質量和降低成本。

缺陷記錄可用來收集目視檢查的數據，還可以提供與SPC實施無關的有用數據。合理使用缺陷記錄，并配合對過程的周密計劃，則缺陷記錄可以指明改進過程的方向。記錄應設計成易于單個產品缺陷輸入，以便減少對總體工作流程的影響，但又能涵蓋過程中所能出現的各個缺陷。

缺陷記錄中的數據可以一個生產班次為單位計算，將結果制成排列圖（Pareto圖）格式制成圖表。在排列圖中缺陷記錄按照出現頻次從高向低排列，以保證重點改進項目得以優先解決。同樣可以直觀地反映出那些有效產品缺陷的嘗試。使用EXCEL電子表格很容易繪制排列圖。

5如何實施SPC

5.1我廠應用SPC的歷史和現狀

我廠從80年代就開始引進和實施全面質量管理，對過程中影響產品質量的關鍵工序建立工序質量監控點，對關鍵的過程指標采用控制圖等SPC的應用，但長期以來，一直存在一些認識上的誤區。以為收集一些的質量數據，做幾個控制圖，掛在墻上展示一下，計算一下Cpk，就算使用了SPC，這樣其實只能應付公司質量部門的審核，很少有人不覺得這樣做是個負擔。98年通過QS9000質量體系認證后，我們的客戶和體系的要求，必須在過程控制中有效使用SPC，控制計劃和作業指導書保留原有的工序質量控制點的應用，為了減少數據收集和統計的“麻煩”，將原有的SPC控制圖表人為減少，以利于審核的通過，這些認識都是很初級的，完全沒有理解SPC動態過程控制的核心，根本不能達到對過程質量動態、連續監控的目的。

有些人員在接觸了SPC后，試圖寄望它不只能發現過程的異常波動，更應該給出導致異常的過程要素和原因。如異常情況是由設備、原料或操作上的什么問題引起的？其實這些想法是不切實際的，也是沒有理論依據的。SPC工具是用統計學方法對過程質量數據進行處理、使工序質量狀態可視化。而可視化的控制圖只反映當前過程的運行狀態或者未來趨勢，并不能反映導致這種狀態出現的內在原因。異常原因還要由人去查找，究竟哪道工序是導致異常的根源這樣的特殊情況。所以，理想化的期望必將影響質管人員對SPC的信心，也將阻礙工廠實施SPC的進程。

5.2SPC計劃

著手開展SPC和數據收集計劃時，要留意打好基礎以減少執行中出現的問題。采用一次涉及太多問題的“獵槍”法會遇到要求高級支援的困難，占用質量和工程小組的日常生產支持時間，雖然大公司有錢請專人執行和支持SPC和數據收集，較小的公司常會增加現有雇員的任務。最好的方法是全面推廣前，先在便于管理的小范圍內運行和獲得成功的執行經驗。

實施SPC前，先開始檢查現有的數據，尋找產生鑄件主要缺陷的關鍵過程。如果沒有過硬的數據，也可非正式評估某一個正在花費技術人員許多時間去解決問題的過程。它通常會是某一方面如砂芯質量的問題，并隨著設備、原材料、方法、人力和工作環境本身的變化而變化。一旦選擇某一過程作為重點，即入下一個步驟。

根據所監控的過程來決定你要收集變量數據還是屬性數據。這些作為運作選擇適當的控制圖表。如果收集變量數據，通常使用X直方圖和R曲線圖。如果收集屬性數據，往往選擇P或NP圖，在這兩大類圖中還有各種不同式的樣圖，技術人員和質量工程師在開發和需要進一步深入時會再使用這些圖。

在開展SPC工作初期，可用人工計算數據和作圖，而不要用電子數據表格的圖表或自動軟件包。人工作圖讓操作人員對數據收集過程有實際的感受。并且最終獲得主宰過程和參與數據收集的感受，經過一段時間之后，系統可停止對操作人員的數據收集任務和理順整個SPC過程。

必須對操作人員提供為什么和怎樣實施SPC和數據收集的充分訓練。以小組活動的形式解釋清楚他們承擔的特定過程的變化對最終產品總質量的影響。然后，對統計過程管理作審查，使用簡單的練習來說明過程內的變化，以及如何監控讓他們制作測試圖圖表和跟蹤過程數據。直至他們懂得數據收集的重要性和他們過程的作用。如果培訓獲得成功，負責該計劃的質量和工程小組在真正實施和執行時就比較容易了。

5.3 SPC和數據收集的方法

只要提供可用于改善現行過程有意義的數據，任何統計過程管理和數據收集方法都可以使用。

開始起動一個計劃時，特別當員工沒有SPC經驗時，最好使用人工方法進行運作，與經費多少或易于使用無關，人工方法為在機構內執行統計過程管理和觀念提供堅實的基礎。有一種錯誤概念認為，SPC需要高級數學技巧，實際上對于任何會用小型計算器的人員來說，所用大部分計算都是很簡單的。

對于我廠現階段的實際情況來說，人工方法就足夠了，雖然利用基于電子表格EXCEL的控制圖可提高效率。電子數據表格本身可做大量數字的數據收集工作，也可生成控制圖，而無需對數據點作連線的例行事務。最后，它還是提供數據可在局域網內實時存取的方法，便于信息的查閱。

5.4SPC實施步驟流程

6網絡化SPC是過程質量系統的必然選擇

鑄件的質量是每個工序產品質量的累積，有時微量元素較小的變化也能影響整個產品的使用性能。要全面提升企業的過程質量控制能力，必須從每一個操作、每一道工序的處理做起，形成自始至終的過程控制閉環，實現全面過程質量控制，達到休哈特理論中的全穩生產線。只有形成這樣的控制局面，才能保證企業范圍生產過程的可控態。有了穩定的工序狀態，才會有穩定的產品質量。

過程質量控制不但要處處有，還要人人參與。它不只是現場操作工的事情，企業各層的質量管理人員都應積極參與到這一工作中去，從而形成互相分工、互相關聯、互相監督的全員化

網絡型過程質量保證體系。SPC只有在企業的真正需求的前提下，把網絡技術、數據庫技術與SPC科學結合了起來，才能為企業提供了一個全面的過程質量解決方案。

基于大型數據庫的網絡化SPC系統，是實現企業全面過程質量控制的優選方案。它以企業局域網設施為基礎，以大型數據庫為平臺，以質量數據采集系統、SPC現場動態監控系統、質管員監督分析系統、管理層質量查閱系統等為應用框架，構成了功能完整、運行有效的企業網絡化SPC過程質量控制系統。針對企業生產過程質量參數多（包括產品和工藝參數，計量和計數參數等），數據采集連續性、高頻度的情況，只有大型數據庫系統能夠承擔數據的管理工作。網絡化的系統框架，可以把質量監控點布置到從辦公室到生產現場的任何角落，是全面過程質量系統的思想基礎。

建立網絡化SPC軟件，使數據更便于輸入，用基于電子數據表格的數據輸入圖表，能自動求出過程運行中的讀數之和并且計算上下控制界限。它可24小時收集數據和自動作出圖表，包括X直方圖和R曲線圖。系統駐留在屏幕打印機旁邊的專用計算機內，并且可通過局域網獲得可視的數據。SPC系統有多種型式和大小，從互聯網獲得的免費軟件和共享軟件到200～1000美元的軟件包，提供所需要的各種圖表和輸出方式。軟件包具有許多用戶配置選項和作圖規則，并考慮到多道工序或多條生產線的監控。最高級的和數據收集是全部硬件/軟件結合的集成，它把設備直接連接到軟件和網絡。這些軟件可預設告警界限和用戶實施的規則，以及當某一過程超出控制范圍時自動告知適當的人員。這種解決方案的價格較高。

7總結

仍然使用質量控制的“檢測”方法的鑄造企業不但浪費時間和金錢，而且面對我們的對手失去競爭優勢。統計控制過程和數據收集對我廠在改進質量和降低成本方面都有很大幫助。如果從結構和邏輯性方面著手的話，實施人工SPC和數據收集計劃是較簡單和有效的。在此基礎上計劃可以升級，通過基于自已編制的電子數據表、便宜的現成軟件包來實現。不管怎樣，統計過程控制和數據收集對任何過程和產品都有用處，這時毫無疑問的事情。

參考文件：

〔1〕公司內部QCD教育手冊：質量管理

〔2〕愛肯錫公司培訓講義：統計過程控制

第三篇：統計過程控制SPC學習與總結

SPC統計過程控制總結

1、均值極差圖無論是數據采集時還是日常監控，每個子組數據都應是連續采集的；

2、對于R圖（包括S圖、MR圖）判異準則通常只有超出控制限這一條，換句話說就是所要監控的是子組數據是否符合要求；

3、對于均值圖的判異（包括單值圖）不應過于教條于判異準則，要結合過程實際情況（如周期性波動），思考均值圖波動的原因以及過程可能會出現的情況；

4、控制圖只關注于過程是否受控，不與產品特性是否符合規范要求相聯系；

5、在計算控制圖控制限時要視實際情況而定，要判斷控制圖異常數據產生的原因，僅踢走由特殊原因產生之數據，如果異常原因不可避免應視其為普通原因予以考量（見12）；

6、Cpk的前提是過程穩定受控，即需先以控制圖監控其過程之狀態，并排除特殊原因繼而達到過程穩定受控，且可計算Cpk；

7、判異準則通常不可僅用超出控制限點此一條，至少還應有鏈，即七點連續上升或下降及中心線一側，若僅有超出控制限點，不可稱其為控制圖；

8、過度調整即不正常干預，對實際處于統計受控的過程采取措施，將一個變差或錯誤視為一種特殊原因，但事實上此原因屬系統性即為普通原因；

9、七點連續上升或下降，通常在5、6點時就應采取措施，已達到對過程的及時控制；

10、控制限通常不必做定期調整，但當過程有重大變化之情況，且導致控制限發生永久性變化，則需進行控制限調整；

11、單值-移動極差圖在日常使用中，每張控制圖的第一點應與上張圖的最后點相減；

12、同5，控制限計算時不一定要把所有的超差（特殊原因）踢出，如果超差是知其原因，且不可避免并可預測，則不應踢出；

13、控制圖特性的選擇應結合關鍵特性，分析潛在失效原因，且參數有足夠代表性，即過程的絕大變差能通過此特性反映出來；

14、驗收設備所做的Cmk，對具體操作人員沒有要求；

15、分析異常原因應從“人、機、料、法、環、測”進行分析，“機”通常可最先排除，而原因是“測”的因素可能最多；

16、控制圖只是一種預測的工具，置信區間以猜大之原則；

17、對于非正態分布的過程，可采取中心極限定理之方法，擴大子組n值(均值極差圖)；

第四篇：過程控制實驗報告

電子科技大學自動化學院

標準實驗報告

（實驗）課程名稱：過程控制系統

學生姓名：學號：指導教師：莊朝基

實驗地點：清水河主樓 C2-110

實驗時間：2011年11月

實驗報告

一、實驗室名稱：智能控制實驗室

二、實驗項目名稱：

三、實驗學時：

四、實驗原理：

五、實驗目的：

六、實驗內容：

七、實驗器材（設備、元器件）：

八、實驗步驟：

九、實驗數據及結果分析：

十、實驗結論：

十一、總結及心得體會：

十二、對本實驗過程及方法、手段的改進建議：

第五篇：過程控制知識點總結

緒論 氣動控制：儀表信號的傳輸標準：0.02-0.1Mpa 電動控制：DDZ-2信號的傳輸標準：0-10mADC

DDZ-3信號的傳輸標準：4-20mADC 計算機控制:DCS、PLC（模擬量4-20mA、1-5V）

FCS（標準協議）穩定性指標：衰減比（衰減率）

準確性指標：殘余偏差，最大動態偏差，超調量 快速性指標：調節時間（振蕩頻率）

第一章

1、被控對象：即被控制的生產設備或裝置 被控變量－被控對象需控制的變量

2、執行器：直接用于控制操縱變量變化。執行器接收到控制器的輸出信號，通過改變執行器節流件的流通面積來改變操縱變量。常用的是控制閥。

3、控制器（調節器）：按一定控制規律進行運算，將結果輸出至執行器。

4、測量變送器：用于檢測被控量，并將檢測到的信號轉換為標準信號輸出。

穩態：系統不受外來干擾，同時設定值保持不變，因而被調量也不會隨時間變化，整個系統處于穩定平衡的工況

動態：系統受外來干擾或設定值改變后，被控量隨時間變化，系統處于未平衡狀態。過度過程：從一個穩態到達另一個穩態的過程。

過渡過程的形式：非周期過程（單調發散和單調衰減）；振蕩過程（發散、等幅振蕩、衰減振蕩）評價控制系統的性能指標：穩定性、準確性、快速性

穩定性：穩定性是指系統受到外來作用后，其動態過程的振蕩傾向和系統恢復平衡的能力。

準確性：理想情況下，當過渡過程結束后，被控變量達到的穩態值（即平衡狀態）應與設定值一致。

快速性：快速性是通過動態過程持續時間的長短來表征的。

多數工業過程的特性可分為下列四種類型：自衡的非振蕩過程； 無自衡的非振蕩過程；有自衡的振蕩過程 具有反向特性的過程

放大系數K對系統的影響：控制通道（放大系數越大，控制作用對擾動的補償能力強，有利于克服擾動的影響，余差就越小）。擾動通道（當擾動頻繁出現且幅度較大時，放大系數大，被控變量的波動就會很大，使得最大偏差增大；）

滯后時間τ對系統的影響：控制通道（滯后時間越大，控制質量越差）擾動通道（擾動通道中存在容量滯后，可使階躍擾動的影響趨于緩和，對控制系統是有利的）工業過程動態特性的特點

（1）對象的動態特性是不振蕩的

（2）對象動態特性有遲延。遲延包括容積遲延、傳輸遲延。（3）被控對象本身是穩定的或中性穩定的（4）被控對象往往具有非線性特性

第二章

控制規律：控制器的輸出信號隨偏差信號的變化而變化的規律。

正作用控制器：y↑，u↑，故Kc為負；反作用控制器：y↑，u↓，故Kc為正 氣開閥的增益為正，氣關閥的增益為負

比例調節（P調節）動作規律：反應及時，超調量小，有差調節

比例度δ的物理意義：如果輸出u直接代表調節閥開度的變化量,那么δ就代表使調節閥開度改變100%，即從全關到全開時所需的被調量的變化范圍

δ越大：過渡過程越平穩，殘差大，穩定性↑，調節時間↑。δ減小：振蕩加劇，穩定性↓，殘差小。δ減到某一數值時，出現等幅振蕩，此時稱為臨界比例度 積分調節（I調節）的特點：滯后性、無差調節、穩定性差。

增大積分速度將會降低控制系統的穩定程度，直到最后出現發散的振蕩過程．Ti愈小，積分部分所占比重愈大。

比例積分調節的動作規律：利用P調節快速抵消干擾，同時利用I調節消除殘差

積分飽和現象：如果調節器能夠隨著輸出的變化而變化，那么偏差e也就會逐漸變化，最后為0,但是如果由于某種原因(如閥門關閉，泵故障)被調量偏差無法消除，而調節器還是試圖要校正這個偏差，因此積分項不停增大(絕對值增大)，經過一段時間后，調節器輸出將進入深度飽和狀態，這種現象稱為積分飽和現象 微分調節總是力圖抑制被調量的振蕩，它有提高控制系統穩定性的作用．適度引入微分動作可以允許稍微減小比例帶，同時保持衰減率不變．微分調節具有超前作用。使用微分作用時，要注意以下幾點：

（1）微分作用的強弱要適當：TD太小，調節作用不明顯，控制質量必改善不大。TD太大，調節作用過強，引起被調量大幅度振蕩，穩定性下降。（2）微分調節動作對于純遲延過程是無效的。

（3）PD調節器的抗干擾能力很差，這只能應用于被調量的變化非常平穩的過程，一般不用于流量和液位控制系統。δ越小（KC越大），比例作用越強；TI越小，積分作用越強；TD越大，微分作用越強；TD＝0，則為PI控制；TI＝∞，則為PD控制；

τ/T<0.2：選擇比例或比例積分動作。0.2<τ/T≤1.0：選擇比例微分或比例積分微分動作。τ/T>1.0：采用簡單控制系統不能滿足控制要求，應選用復雜控制系統，如串級，前饋控制等．

第三章

控制系統的控制質量的決定因素:被控對象的動態特性 整定的實質: 通過選擇控制器參數，使其特性和過程特性相匹配，以改善系統的動態和靜態指標，實現最佳的控制效果

整定的前提條件：設計方案合理，儀表選擇得當，安裝正確

IE（誤差積分）簡單，也稱為線性積分準則，但是不能抑制響應等幅波動 IAE（絕對誤差積分）：抑制響應等幅波動

ISE（平方誤差積分）抑制響應等幅波動和大誤差，但是不能反映微小誤差對系統的影響 ITAE（時間與絕對誤差乘積積分）：著重懲罰過度時間過長

常用的工程整定法有以下幾種：動態特性參數法；穩定邊界法；衰減曲線法；經驗法 動態特性參數法（響應曲線法）整定步驟：

（1）在手動狀態下，改變控制器輸出（通常采用階躍變化），記錄下測量變送環節Gm（s）的輸出響應曲線y（t）。

（2）由開環響應曲線獲得單位階躍響應曲線，并求取 “廣義對象”的近似模型與模型參數；（3）根據控制器類型與對象模型，根據經驗公式選擇PID參數并投入閉環運行。在運行過程中，可對增益作調整

穩定邊界法（臨界比例度法）整定步驟：

1)使調節器僅為比例控制，比例帶δ設為較大值，TI=∞,TD=0,讓系統投入閉環運行.2)待系統運行穩定后，逐漸減小比例帶，直到系統出現等幅振蕩，即臨界振蕩過程．此時的比例帶為δcr，振蕩周期為Tcr 3)利用δcr和Tcr值，按穩定邊界法參數整定計算公式表，求調節器各整定參數δ,TI, TD 衰減曲線法整定步驟：

1)使調節器僅為比例控制,比例帶δ設為較大值,TI=∞,TD=0,讓系統投入運行.2)待系統穩定后，作設定值階躍擾動，并觀察系統的響應．若系統響應衰減太快，則減小比例帶；反之，若系統響應衰減過慢，應增大比例帶.如此反復, 直到系統出現4:1衰減振蕩過程或者如圖b所示的衰減比為10：1的振蕩過程時.記錄下此時的δ值（設為δs），以及Ts值（如圖a中所示），或者Tr值（如圖b中所示）。

經驗法： 簡單可靠，能夠應用于各種控制系統，特別適合擾動頻繁、記錄曲線不太規則的控制系統；缺點是需反復湊試，花費時間長。

臨界比例度法：簡便而易于判斷，整定質量較好，適用于一般的溫度、壓力、流量和液位控制系統；但對于臨界比例度很小

衰減曲線法：優點是較為準確可靠，而且安全，整定質量較高

第四章

1、啟動調節閥的執行機構的正反作用形式是3 如何定義的？在結構上有何不同？

正作用:信號壓力增加時，推桿向下移動(ZMA)；反作用:信號壓力增大時，推桿向上移動(ZMB)。正作用的執行機構：控制器輸出增加，閥桿下移。反作用執行機構：控制器輸出增加，閥桿上移。

2、調節閥的流量系數C是什么含義？如何根據C選擇調節閥的口徑？

流量系數C:在給定行程下, 閥兩端壓差為0.1Mpa, 水密度為1g/cm3時, 流經調節閥的水的流量, 以m3/h表示(體積流量)。流量系數是表示調節閥通流能力的參數。它根據流量、閥兩端的差壓和流體的密度等確定。是選擇閥門口徑的參數。調節閥口徑選定的具體步驟：確定主要計算數據：正常流量Qn，正常閥壓降△pn，正常閥阻比Sn，運行中可能出現的最大穩定流量Qmax

3、什么事調節閥的結構特性、理想流量特性和工作流量特性？如何選擇調節閥的流量特性？

調節閥的結構特性：閥芯與閥座間節流面積與閥門開度之間的關系。理想流量特性：在調節閥前后壓差固定(△p=常數)情況下得到的流量特性。工作流量特性：調節閥在實際使用條件下，其流量q與開度l之間的關系．此時閥壓降不是常數.選擇調節閥的流量特性是：1.從改善控制系統控制質量考慮。2.從配管狀況(S100)考慮。

調節閥的作用:接受調節器送來的控制信號,調節管道中介質的流量(即改變調節量),從而實現生產過程的自動化．

調節閥的分類：氣動, 電動和 液動三類．

氣動執行機構有薄膜式和活塞式兩種．常見的氣動執行機構均為薄膜式 閥(或稱閥體組件)它由閥體、上閥蓋組件、下閥蓋組件和閥內件組成 氣開閥：信號壓力增加，流量增加；氣關閥：信號壓力增加，流量減小

閥門定位器的功能：定位功能；改善閥的動態特性；改變閥的流量特性；改變氣壓作用范圍，滿足分程控制要求；用于閥門的反向動作 閥芯形狀有快開（靈敏度最差，很少使用），直線，拋物線（特性與等百分比接近）和等百分比四種。主要使用直線和等百分比兩種。

直線結構特性的特點：①斜率在全行程范圍內是常數。②閥芯位移變化量相同時,節流面積變化量也相同。③直線特性的調節閥在開度變化相同的情況下：當流量小時，流量的變化值相對較大，調節作用較強，易產生超調和引起振蕩；流量大時，流量變化值相對較小，調節作用進行緩慢，不夠靈敏。

等百分比結構特點：①曲線的放大系數是隨開度的增大而遞增的.。②在同樣的開度變化值下：流量小時（小開度時）流量的變化也小（調節閥的放大系數小），調節平穩緩和.。流量大時（大開度時）流量的變化也大（調節閥的放大系數大），調節靈敏有效。③無論是小開度還是大開度，相對流量的變化率都是相等的，流量變化的百分比是相同的.流過調節閥的流量的決定因素有:① 閥的開度。② 閥前后的壓差。③ 所在的整個管路系統的工作情況。

調節閥在選型時應該注意以下幾點：(1)選擇調節閥的結構形式和材質。(2)選擇流量特性。(3)選擇閥門口徑

第五章

1、試分析串級控制系統的特點，及其應用場合。

（1）副回路（內環）具有快速調節作用，它能有效地克服二次擾動的影響；（2）由于內環起了改善對象動態特性的作用，因此可以加大主調節器的增益，提高系統的工作頻率。（3）對負荷或操作條件的變化具有一定的自適應能力。串級控制系統主要應用于：對象的滯后和時間常數很大、干擾作用強而頻繁、負荷變化4 大、對控制質量要求較高的場合。

串級控制系統：就是采用兩個控制器串聯工作，主控制器的輸出作為副控制器的設定值，由副控制器的輸出去操縱控制閥，從而對主被控變量具有更好的控制效果。通用串級控制系統的方框圖：見教材P107圖5.11 串級控制系統具有較好的控制性的原因：1)在系統結構上, 它是由兩個串接工作的控制器構成的雙閉環控制系統.其中主回路是定值控制，副回路是隨動控制。2)副回路的引入，大大克服了二次擾動對系統被調量的影響。3)副回路的引入, 提高了整個系統的響應速度,使其快速性得到了提高。4)串級控制系統對負荷或操作條件的變化有一定的自適應能力． 副回路的設計主要是如何選擇副參數．其設計原則為：副參數的選擇應使副對象的時間常數比主對象的時間常數小，調節通道短，反應靈敏；副回路應包含被控對象所受到的主要干擾；盡可能將帶有非線性或時變特性的環節包含于副回路中。主回路的主要任務是：滿足主參數的定值控制要求。

副回路的主要任務是：要快速動作以迅速抵消落在副環內的二次干擾。共振現象：如果主回路的工作頻率接近副回路的諧振頻率，則副回路將呈現出很高的增益和較大的相位滯后，這時反過來將嚴重影響主回路的穩定性，從而使主副參數長時間地大幅度地波動的現象。

為避免共振現象，一般：Wd2>3Wd1；Td1>3Td2;一般選取：Wd2=（3~10）Wd1； Td1=（3~10）Td2 串級控制系統常采用的整定方法：逐步逼近法和兩部整定法。常見的比值系統：單閉環比值控制系統和雙閉環比值控制系統

比值控制系統：用來實現兩個或以上物料之間保持一定比值關系的過程控制系統 教材P120公式（5-27）和（5-30）

第六章

1、前饋控制和反饋控制各有什么特點？為什么采用前饋控制-反饋復合系統能較大地改善系統的控制品質？

反饋控制的特點 ：基于偏差來消除偏差； “不及時”的控制 ；存在穩定性問題；對各種擾動均有校正作用；控制規律通常是P、PI、PD或PID等典型規律。

前饋控制的特點：(1)前饋控制是按干擾作用的大小進行控制的，如果控制作用恰倒好處,一般比反饋控制及時。(2)前饋控制屬于開環控制系統。(3)前饋控制使用的是依對象特性而定的專用控制器。(4)一種前饋控制作用只能克服一種干擾

前饋－反饋控制的優點：1)增加了反饋回路，簡化了前饋控制系統，只需要對主要的干擾進行前饋補償，其他干擾可由反饋控制予以校正。2)反饋回路的存在,降低了前饋控制模型的精度要求。3)負荷或工況變化時,對象特性也要變化,可由反饋控制加以補償,具有一定的自適應能力

反饋控制系統的不足:在被控對象呈現大遲延,多干擾等難以控制的特性,而又希望得到較好的過程響應時,反饋控制難以得到好的效果．(穩定性,準確性,快速性)前饋控制系統的不足之處: 1)靜態準確性難保證 要達到高度的靜態準確性, 需要有準確的數學模型, 精確的測量 儀表和計算裝置, 而且, 模型中的系數也可能隨運行條件而變化．

2)前饋控制是針對具體的擾動進行補償的,一種前饋控制作用只能克服一種干擾.3)屬于開環控制，對被調量無檢驗

反饋控制的優點(PID控制)：①原理簡單, 使用方便,不需知道對象的確切模型。②適應性強。③魯棒性強, 控制品質對被控對象特性的變化不敏感

前饋控制與常規PID空制的比較：① 前饋控制比PID空制及時，能更早地校正偏差。② 前饋控制超調量小。③ 前饋控制作用時間短。靜態前饋空制除了有較高的控制精度外，還具有固有的穩定性和很強的自身平衡傾向．如料液沒流量后，蒸汽也會自動關斷．

靜態前饋控制缺點：① 負荷變化時都有一段動態不平衡過程，表現為瞬時溫度誤差。② 如果負荷情況與當初調整系統時的情況不同,就有可能出現殘差.可以采用前饋控制的過程的特點：① 擾動通道和調節通道的傳遞函數性質相近② 如果有純遲延，在數值上比較接近 第七章 相對增益的定義：令某一通道uj→ yi 在其它系統為開環時的放大系數與該通道在其它系統均為閉環時的放大系數之比，用λij表示。

第一放大系數 pij：在其它控制量 ur(r≠j)均不變的前提下，uj 對yi 的開環增益 第二放大系數 pij：在利用控制回路使其它被控量yr(r≠i)均不變的前提下，uj 對yi 的開環增益

相對增益與耦合程度：當通道的相對增益接近于1，例如0.8< λij <1.2，則表明其它通道對該通道的關聯作用很小;無需進行解耦系統設計； 當相對增益小于零或接近于零時，說明使用本通道調節器不能得到良好的控制效果。或者說，這個通道的變量選配不適當，應重新選擇；當相對增益0.3＜λ＜0.7或λ＞1.5時，則表明系統中存在著非常嚴重的耦合。需要考慮進行解耦設計或采用多變量控制系統設計方法。