Excel在质量控制中的应用

徐 挺，李宗亮

（中国工程物理研究院材料研究所，四川 绵阳621908）

Excel在质量控制中的应用

徐 挺，李宗亮

（中国工程物理研究院材料研究所，四川 绵阳621908）

在对一个零件进行合格性判断时，需要对诸多实测数据进行归纳、统计和运算，这一过程通常是手工进行的。但当加工零件数量和实测数据较多时，手工进行则易产生较多错误，且效率较低。为此利用excel内置的VBA及宏功能，通过编制程序的方式，实现数据的快速运算与处理功能，从而达到对零件进行高效且准确的合格性判断。结合实例给出了这一控制过程。

尺寸控制；合格性判断；电子表格；VBA

判断一个零件是否合格，不仅要判断它的线性尺寸是否合格，而且还有判断它的形状位置精度是否合格。其中，形位精度的计算由一些实测数据进行归纳和计算推导得出。它虽然是个计算值，但也是产品合格性判断中不可缺少的环节。例如半球件位置度的检测（如图1所示），按位置度检测要求，先要测量半圆球的外径、外高、内径、内深，然后对它的壁厚分四点进行测量。

图1　某半球零件示意图

将这些实测数据通过如下公式计算：

计算值θ为位置度，图1中只有值θ≤SФ0.06时，该项值才合格。实际上我们所需要的只是一个位置度θ值，而参与计算的参数却多达八个，且随零件的变化而变化。当批量生产该类零件时，其计算量是相当大的。如果采用手工计算，极易产生错误，且效率极低。因此，需要找出一种方法简化这种重复计算。

1　解决方案的分析

通过上例可看出此类问题具有的共同特点：

（1）随着当前尺寸的变化，需重新计算之后的控制尺寸；

（2）测量控制过程和计算过程固定不变；

（3）需要不断反复计算。

在实际检测中，尽管需要检测和运算的数据较多，但我们最关注的是当前尺寸的实际值和之后零件的结果值，至于中间计算过程，无论多么复杂都可交由计算机处理（如图2所示）。其中虚线部分就是需要质量控制的部分，通过计算机编程来处理这些繁琐但又固定不变的东西，这样是一个较好的解决方案。

图2　总体框图

2　程序的编制

电子表格（Excel）可以将一堆杂乱无章的数据进行组织、分析，并有条理地展示出来。特别是利用表格的内置函数可实现数据间的各种计算和逻辑判断，但电子表格（Excel）自带的内置函数大多用于统计，符合零件加工数据处理的内置函数几乎没有，很难进行较为深入的零件加工数据处理和工程计算，更不用说在质量控制方面的应用了。因此，要将电子表格运用于零件加工数据处理和工程计算，以及之后的质量控制，首先必须开发并创建一套符合科学和工程处理的自定义函数。未达到此目的，必须经过如下几个步骤才能完成自定义函数的建立（如图3所示）。

图3　创建自定义函数框图

下面以位置度自定义函数的建立为例来具体说明自定义函数创建过程：

（1）编写零件加工数据处理和工程计算的相关程序。其编译过程首先打开电子表格（Excel）内置的VBA语言开发环境，进入图4所示程序编制环境，例如图中位置度程序的编写，程序语言为BASIC语言，其数学模型从上述的公式获得。程序中的外高、外径、壁厚等均为局部变量，该变量只在本程序有效。编译参数时，设定各计算单元格均为双精度浮点型，以满足工程计算。

图4　VBA开发环境

在程序编制时，可将零件加工所需的各种计算和质量控制中所需的各种判断，均可在此环境中编写，在此就不一一累述了。

（2）将编好的程序创建为自定义函数（如图5所示）。即在程序编制完成后，以加载宏的形式产生自定义函数。这是建立质量控制表格的关键所在，将来在编制表格时，就可以直接调用这些函数来进行测量数据的计算和控制了。

图5　建立自定义函数

（3）自定义函数创建完成后，还只能在当前工作表格中使用，在别的工作表格中无法调用。如果应用到所有的工作表格中，还需要将自定义函数以加载宏的形式转换加载文件（如图6所示）。

图6　加载宏

（4）自定义函数经过加载后，就成为电子表格（Excel）内置函数的一部分，整个自定义函数中的变量上升为全局变量，可在所有表格中运用。其使用方法与电子表格（Excel）默认的内置函数使用方法相同（如图7所示）。

图7　使用内置函数

（续上图）

3　零件质量控制的实例

下面以图1半球件实测为例，介绍Excel表格在质量控制中的实际应用，其数学模型为：

其中θ为位置度；θ极和θ赤分别表示半球件在两极和赤道的误差；H和h表示外高和内深；外和内表示外径和内径；T1、T2、T3、T4表示半球件的四点壁厚。该公式除了θ、θ极和θ赤需要通过计算获得外，其余各变量都是实际测量所获得的。

（1）首先创建质量控制表格。可以根据实际情况，以及加工零件时所需质量控制的具体情况，建立质量控制表格。例如图8左边所示的表格，该表格中黑体数字为实际测量数据，其余数据用于计算和判断。当开始构建表格时每个单元格还不能计算和判断数据，这时要将用于计算和判断的单元格分别导入对应的自定义函数。然后当输入实际测量数据时，用于计算和判断的单元格就能自动产生计算值和判断值了。例如位置度的计算，将黑底框中的单元格进入函数编辑，找出名为“位置度”的函数。双击打开该函数，输入外径 =C5、外高 =F5、内径 =I5、内深=L5和T1=N14、T2=O14、T3=N15、T4=O15这八个参数，确定并退出函数参数后，实际表格中位置度单元格N16将会自动计算并生成位置度的计算值SФ0.0017 mm（如图8所示）。整个表格中其它的计算和判断功能与之类似，只是需要创建不同的自定义参数罢了。

图8　存储示意图

（2）当零件质量控制表格建立完成后，就可以产生如下的质量控制。

1）将图纸标注的各尺寸输入进表格，表格将自动计算出以后各工序尺寸控制范围。例如：半球件外径尺寸为SR100±0.02 mm，填入该数值后表格将自动算出以后各工序外径尺寸控制范围，我们就按这个范围来控制尺寸（如图9所示）。

图9　输入控制尺寸

2）输入本道工序的实际测量数据，如果本道工序中出现报警提示符号，则返回该道工序继续加工控制。如果本道工序中未出现报警提示符号，则进入下一道工序的加工。例如：精加工工序中，虽然输入的外径、外高等的尺寸未出现报警提示，但位置度出现报警提示。说明该工序中的加工工件线性尺寸合格，但形位尺寸不合格，需继续控制加工（如图10所示）。

图10　位置度报警

3）以此类推，直到最后一道工序结束。如果所有工序中均无报警提示符号，那么就可以自动生成电子版的产品质量报告单了（如图11所示）。

（续下图）

图11　质量报告单示意图

（3）为了确保对所有数据的计算和判断过程准确无误，防止人为介入，在程序编制完成后，采取了相应的保护措施（如图12所示）。整个实际表格中，除了需要录入的实测数据可以修改以外，其它的单元格数据均无法改动，否则出现报警提示。

图12　程序保护示意图

4　结束语

综上所述，利用宏功能以及内置的VBA编写的质量控制电子表格，完全改变了我们对Excel常规认识，使得实际工作中的数据处理和分析功能更为强大。采用该表格在质量控制方面具有以下显著特点：首先是在每到工序加工前，已获得了各实测数据的控制范围，使得实际操作时心中有数，并为提早发现问题和解决问题提供了依据。其次是在每道工序加工结束后，都要进行合格性的判断。避免了零件加工完成后才发现不合格这一重大问题的出现。最后是整个过程自动进行无需人为干预。如自动出具质量报告单，数据处理和分析过程中均为自动化进行等。减少了人为误操作，提高了数据的可靠性和准确性，也提高了生产效率。可以肯定地说，加工零件的数量越多，复杂程度越高，所需控制的测量数据采用该方式建立的质量控制表格越能发挥其优势。

［1］高丽，于涛，杨俊茹.互换性与测量技术基础［M］.第一版.北京：国防工业出版社，2012：68-72.

［2］罗振壁，朱耀祥.现代制造系统［M］.北京：机械工业出版社，2004：113-119.

The Application of Excel in Quality Control

XU Ting，LI Zong-liang
（Materials Research Institute of China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621908，China）

When a part need to be judged，lot of data measurement need to be concluded，analysed and counted. Usually this process is done manually and inefficiency.This paper describes in detail how to use the excel built-in VBA and macro functions，the realization of the data fast calculation and processing functions，and gives the detailed process of combining examples.

size control；qualified judgement；electronic spreadsheet；VBA

TH161

A

1672-545X（2016）07-0245-04

2016-04-03

徐挺（1968-），男，重庆市人，本科，高级工程师，研究方向:精密检测。