Статистический анализатор для регулирования технологических процессов

файф СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХРЕСПУБЛИН 803372333 д 1С 06 Р 15/46 г .г 1 ц: 13,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ э" 1 ЕЕА ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Балашов Е.П., Долженков В.А. Статистический контроль и регулиро.вание качества массовой продукции. М.: Машиностроение, 1984, с,231Авторское свидетельство СССР М 318944, кл. С 06 Е 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. 11 елью изобретения является повышение точности анализа и регулирования путем слежения эа смешением уровня по выбросам от центральной линии распределения. Анализаторсодержит двоичные счетные блоки 1,10,11, 12,13, реверсивный счетныйблок 2, логические блоки 3,8,9, блок4 индикации, элемент ИЛИ 5, блоки 6,7 элементов И. Раскрыто построениелогических блоков. Анализатор обеспечивает повышение точности анализа и регулирования путем слежения эаотклонением центра рассеяния параметров процесса от середины поля допуска и эа его границы и за счет обработки всех результатов наблюдения,а не только тех, которые выходят запределы поля допуска, 2 э,п.ф.-лы,4 ил.20 25 30 35 40 45 50 Р =2 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 засмещением уровня по выбросу последовательно следующих друг эа другомточек по одну сторону от центральнойлинии, либо большой группы точекзначительная часть которых находитсяпо 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 блокаэлементов И, второго и третьего логических блоков, второго, третьего,четвертого и пятого двоичных счетных блоков; на фиг.Э - схемы первогологического блока и блока индикации;на фиг.4 - кривые, характеризующиесмещение цеитра распределения.Анализатор содержит первый двоичный счетный блок 1, реверсивныйсчетный блок 2, первый логическийблок 3, блок 4 индикации, элементИЛИ 5, первый 6 и второй 7 блокиэлементов И, второй 8 и третий 9 логические блоки, второй 10, третий11, четвертый 12 и пятый 13 двоичныесчетные блоки.Счетный блок 1 состоит из счетчика 14 и дешифратора 15,Реверсивный счетный блок 2 состоит из реверсивного счетчика 16 идешифратора 17.Первый логический блок 3 состоитиз шести трехвходовых элементов И 1823 и двух двухвходовых элементовИ 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 "-" ЭО, коррекции "+" 31,отсутствия необходимости коррекции32, блокировки процесса 33; узла34 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 1двух значений равна -- . Напри4мер, если А - центральная линия нормальной генеральной совокупности, В - первое значение параметра, С второе значение, то вероятность того, что В сА и С сА, равна произведению этих вероятностей. Вероятность получения серии изп таких последовательных значенийпараметра, находящихся на заданнойстороне от центральной линии полядопуска Р, определится по формуле Вероятность получения серии изи последовательных значений пара-метра технологического процесса,находящихся либо выше либо нижецентральной линии Р , определится2 ппо выражению(2) Если не получен выброс, содержащий ровно п значений параметров,то необходимо увеличить длительность анализируемой последовательности до г пания анализируемого параметра вышеили ниже центральной линии при одной операции анализа. Таким образом(4) 40 Вероятность получения т из г точекна любой стороне составляет, такимобразом 45 1 Р = 2 , С. 2(гп 1 2 г(5) При заданной вероятности 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 последовательности имеет случайный характер, а свидетельствует о смещении центральной линии нормальной генеральной совокуп 50 раметров, из которых ш находятся по одну сторону от центральной линии.Например, если А - центральная линия нормальной генеральной совокупности, В - первое значение параметра, С - второе значение, Р - третье значение, Е - четвертое значение, то. определим вероятность одновременного выполнения следующих условий: В ( А и С(А и Э) А и ЕА. Обозначим приведенные в примере количество последовательных событий В,С,В,Е - г,20 количество событий по одну сторону от центральной линии В,С,Е - ш. Вероятность получения в анализируемой серии из г значений параметров технологического процесса ш параметров по одну сторону от центральной линии поля допуска определяется с помощью биномиального распределения, т.е. суммы последних (г-ш+1) членов бинома (Р + Я) , где Р1- вероятность попадания значе 2 ности от центральной линии поля допуска. Совмещение с центральной линией поля допуска центральной линии нормальной генеральной совокупности, смещение которой проявляется в появлении 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 технологи 1 ческого процесса, нахождение которых на одной стороне от середины поля допуска не может иметь случайного характера - всех следующих друг за другом последовательных значений - и и ш значений по одну сторону от середины поля допуска иэ серии по г последовательных значений. При определении ш значений иэ серии по г определяется по выражению (21 для заданной вероятности наименьшая величина последовательных значений, расположенных по одну сторону от середины поля допуска р(рсп), при которой можно получить результирующую серию иэ ш значений в серии по г значений. Согласно полученным значениям соответствующие им выходы дешифраторов, т.е. те выходы 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 выходы дешифраторов 45 и 49 на которых появляются сигналы в том случае, еслина 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 реверсивногосчетного блока 2 является выход дешифратора 17, на котором появляетсясигнал в том случае, если на входвычитания счетчика поступило ш сиг 15 налов, а вторым его выходом являетсявыход дешифратора 17, на которомпоявляется сигнал в том случае, еслина вход сложения реверсивного счетчика поступило ш сигналов.В процессе работы статистического 25 анализатора на счетный вход блока 13 подается сигнал в том случае, если параметр технологического процесса находится ниже середины поля допуска; на счетный вход блока 11 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 13 последовательная серия сигналов, количество которых соответствует количеству параметров технологического 35 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 длина50 серии 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 произи сигналов, третыюи выходами - выхо -ды дешифраторов 45 и 49, на которых появляются сигналы в том случае,если на вход счетчиков поступило 1 Оровно р сигналов. Выходом блока 1 является выход дешифратора 15, на котором появляется сигнал в том случае,если на вход блока поступило г 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 вы. выходе 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 Р. Сигналы о нахождении параметра ниже середины поля допуска попадают на вход блока 13 и суммируются им. При появлении сигнала онахождении параметра выше середины поля допуска на входе блока 11, 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 онине 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 сигналыотсутствуют, а из-за отсутствия сигналов с выхода логического блока 3 элемент ИЛИ-НЕ 28 блока индикации дает разрешение формирователю 32 отсутствия необходимости коррекции и через узел 34 коммутации на индикаторе 35 высвечивать информацию об отсутствии необходимости коррекции.При отклонении средней линии нормальной генеральной совокупности, например, в сторону ниже середины поля допуска длина последовательной 25 серии параметров, расположенных поэту сторону от середины поля допуска, увеличивается, Соответственноувеличивается количество сигналов,поступивших на вход блока 13, каждый 1 Оиз которых производит сброс блока 11После того, как поступит Р сигналовна вход блока 13, появится сигнална его третьем выходе, а на первоми втором его выходах сигнал будет от 15сутствовать. У блока 11 сигнал будетприсутствовать только на первом выходе, что соответствует его нулевомусостоянию. Сигнал С третьего выходаблока 13 открывает первый блок 6 20элементов И, через который сигналыо нахождении параметра ниже поля допуска, поступающие на вход блока 13,поступают и на суммирующий входблока 2 и через элемент ИЛИ 5 на. вход блока 1. Сигналы о нахождениипараметра выше поля допуска, поступающие на вход блока 11, поступаютчерез блок 6 на вычитающий вход реверсивного счетного блока и через 30элемент ИЛИ 5 - на вход блока 1.Если после поступления Р сигналов в серии она не кончилась, апродолжается, и длина последовательной серии параметров, расположенныхниже середины поля допуска, достигла п, но ни один параметр не вышелза переделы поля допуска, то сигналпоявляется на втором выходе блока 13,на первом выходе блока 11 сигнал остается и остаются сигналы на первыхвыходах блоков 10 и 12. Сигналы свторого выхода блока 13 и с первоговыхода блока 11 поступают на третийи четвертый входы третьего логического 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 отсутствиянеобходимости коррекции, и формирователем 30 сигнала коррекции (н-") через узел 34 на световом табло 35высветит информацию о необходимости отрицательной коррекции,То же самое происходит, если приотклонении средней линии нормальнойгенеральной совокупности ниже середины поля допуска длина последовательной серии параметров, расположенных ниже середины поля допуска, достигла вег;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 12 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 до.137233 45 пуска - на вход вычитания реверсивного счетного блока.После того, как счетчик 14 просуммирует г сигналов (а с учетом5поступивших ранее р сигналов, фактически г-р сигналов), сигнал с еговыхода поступит на второй входтретьего логического блока 9. Еслик этому моменту реверсивный счетчик16 насчитал (т-р) сигналов, т.е.разница между количеством импульсов,поступивших на его входы сложенияи вычитания равна (ш-р) что соответствует нахождению ш параметровв последовательной серии из г нижесередины поля допуска, сигнал с второго выхода блока 2 поступит на первый вход третьего логического блока.Дальнейшая работа статистическогоанализатора совпадает с изложенным,когда длина последовательной сериипараметров, расположенных ниже середины поля допуска достигла п,в результате чего сигналы поступили 25на третий и четвертый входы третьегологического блока 9.При отклонении средней линии нормальной генеральной совокупности,например, в сторону выше серединыполя допуска работа статистическогоанализатора отличается тем, что наибольшее количество сигналов поступает на вход двоичного счетчика 44,сигнал с третьего выхода которого35открывает блок 1 и при длине последовательной серии параметров, расположенных выше середины поля допускаравной и, либо наличии в последовательной серии из г параметров ш 4 Опараметров выше середины поля допуска, сигналы с второго выхода блока11 и с первого выхода блока 13, либос выхода блока 1 и первого выхода реверсивного счетного блока 2 поступают на первый и второй или третийи четвертый входы второго логического блока 8, через который поступают на входы первого логического блока. В блоке индикации вырабатывает 50ся запрет формирователю 32 отсутствия необходимости коррекции и разрешение формирователю 30 отрицательнойкоррекции или формирователю 33 блокировки в зависимости от состояниядвоичных счетчиков 42 и 46, фиксиру 55юших выход параметра за нижнюю иверхнюю границы поля допуска), которые через узел 34 коммутации на таб 3 1 Оло 35 высветят соответствующую информацию о необходимости коррекции или отрицательной коррекции или блокировки,Формула изобретения1.Статистический анализатор для регулирования технологических процессов, содержащий первый двоичный счетный блок, реверсивный счетный блок, первый логический блок и блокиндикации, 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 стретьим и четвертым входами первогологического блока, первый и второйвыходы второго двоичного счетногоблока подключены соответственно кпятому и шестому входам первого логи 1372333 12ческого блока, первый, второй и третий выходы пятого двоичного счетногоблока соединены соответственно спервым входом второго логическогоблока, с третьим входом третьегологического блока и с управляющимвходом первого блока элементов И,второй вход второго логического блока связан с вторым выходом третьегодвоичного счетного блока, третийвход второго логического блока ивторой вход третьего логическогоблока подключен к выходу первогодвоичного счетного блока, первыйвыход третьего двоичного счетногоблока соединен с четвертым входомтретьего логического блока, первыйи второй выходы реверсивного счетного блока связаны с ответственно счетвертым 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 блока2. Анализатор по и.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что первый логический блок содержит 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 щ и й с я тем, что второй и третйй логические блоки содержат каждый первый и второй элементы И и элемент ИЛИ, выход которого является выходом блока, входы соединены с выходами первого и второго элементов И, входы которых служат первьм, вторьм, третьим и четвертым входами блока.1372333 бра ною Составитель В,ВоронкВ.Данко Техред М,Ходанич орректор Л,Пилипенко Реда Заказ Подписикомитета СССРи открытийшская наб д.4/5 1 роизводственно-полиграфическое предприят 84/41 Тираж 704 ВИИИПИ Государственногпо делам изобретени 13035, Москва, Ж, Р Ужгород, ул.11 рое ктна я, 4