计算机辅助工艺优化设计全解析

本书介绍了通用软件Excel的高级功能和流行质量管理软件Minitab的核心技术，简述了上述工具在二次曲面、回归分析、实验设计、多元分析中的运用，根据三次设计、业务流程再造、持续改善、价值工程、TRIZ、全面质量管理、六西格玛、运筹学、系统论和控制论等理论，分析了“制造流程优化”“参数设计优化”“质量管理优化”和“从优化到创新”47个案例通过分析前人的工作，总结成功的模式，提取常见的问题，给出问题的参考解答，形成比较系统的解决方案，可用于指导正在努力探索的广大企业，特别是中小企业的技术创新实践，帮助这些企业转型发展，促进传统产业升级换代。
本书的易读性、实用性和可操作性较强，适合企业和科研单位从事技术管理、技术创新的骨干以及高等院校从事研发工作的师生自学，也可作为研究生或高年级本科生和工程师继续教育的教材。

王杰曾，教授级高工、博士。中国建筑材料集团有限公司旗下瑞泰科技股份有限公司副总工程师、中国耐火材料行业协会专家、全国建材行业技术革新奖评审专家、《耐火材料》和《China's Refractories》杂志编委会审稿专家，主持参加国家、行业重大项目10余项，获中国发明专利授权37项、实用新型专利授权10项、部级科技进步二等奖2项，出版专著2部，发表论文80余篇，先后兼任国家火炬重点高新技术企业安徽瑞泰新材料科技有限公司总工程师、高新技术企业河南瑞泰科技有限公司特聘技术顾问。

前言
第1章 计算机辅助工艺优化及其发展
1.1 现代工业生产的发展
1.2 工业生产的共性问题
1.3 计算机辅助工艺优化及其相关智能制造的研究方向
第2章 Excel高级技术
2.1 Excel基本技术
2.1.1 界面、单元格和工作表
2.1.2 定制使用环境
2.1.3 制作两轴线-柱图
2.2 Excel公式和函数
2.2.1 Excel的公式
2.2.2 Excel数学函数
2.2.3 Excel代数函数
2.2.4 Excel逻辑函数
2.2.5 Excel统计函数
2.2.6 Excel查找函数
2.2.7 Excel的公式与函数的运用
2.3 Excel数据透视表
2.4 Excel数据分析
2.4.1 方差分析
2.4.2 相关分析
2.4.3 回归分析
2.5 Excel规划求解
2.5.1 数学规划的模型
2.5.2 规划求解的运算
2.5.3 规划求解的实例
2.6 Excel技术的综合运用
2.6.1 检查正交表的正交性
2.6.2 正交试验结果的回归分析
2.6.3 正交试验结果的方差分析
第3章 Minitab核心技术
3.1 Minitab概述
3.1.1 Minitab的特点
3.1.2 Minitab的界面
3.1.3 Minitab的最常用图形
3.2 Minitab常规统计
3.2.1 随机变量的数字特征
3.2.2 随机变量的分布函数
3.2.3 置信区间和显著性水平
3.2.4 均值和方差的检验
3.2.5 分布拟合
3.2.6 方差分析
3.2.7 相关分析
3.2.8 回归分析
3.3 Minitab试验设计
3.3.1 创建二水平因子设计
3.3.2 分析二水平因子设计
3.3.3 创建三水平因子设计
3.3.4 分析三水平因子设计
3.4 Minitab多元分析
3.4.1 判别分析
3.4.2 聚类分析
3.4.3 主成分分析
3.4.4 因子分析
3.4.5 对应分析
第4章 响应曲面和二次曲面
4.1 用Minitab绘制响应曲面
4.1.1 绘制3D响应曲面
4.1.2 绘制多指标的等值线图
4.2 响应曲面试验设计
4.3 二次方程的解释力和二次曲面的拟合力
4.3.1 二次方程的解释力
4.3.2 二次曲面的拟合力
4.4 多元二次函数及其响应曲面的性质
4.4.1 常规椭圆型二次函数
4.4.2 常规双曲型二次函数
4.4.3 对角双曲型二次函数
4.4.4 正双曲型二次函数
4.4.5 正椭圆型二次函数
4.4.6 抛物线型二次函数
4.4.7 一次函数
第5章 回归分析和试验设计
5.1 回归分析简述
5.1.1 多元线性回归
5.1.2 逐步回归分析
5.1.3 多元非线性回归
5.2 试验设计的优良性
5.3 回归方程的平方和分解式
5.3.1 离差平方和分解式
5.3.2 回归平方和分解式
5.4 正交试验设计
5.4.1 正交表的特点
5.4.2 正交表的变换
5.4.3 对正交表L4(23)的研究
5.4.4 对正交表L8(27)的研究
5.4.5 对正交表L16(215)的研究
5.4.6 对正交表L9(34)的研究
5.4.7 对正交表L27(313)的研究
5.4.8 对正交表L16(45)的研究
5.5 二次正交试验设计
5.5.1 二因素二次正交设计
5.5.2 三因素二次正交设计
5.5.3 四因素二次正交设计
5.5.4 五因素二次及六因素二次正交设计
5.6 选择试验设计表
第6章 制造流程优化
6.1 绘制工艺流程图
6.1.1 工艺流程图的符号
6.1.2 绘制工艺流程图
6.2 流程的理论
6.2.1 工艺流程
6.2.2 流程设计
6.2.3 参数设计
6.2.4 容差设计
6.3 流程的分析
6.3.1 总体分析
6.3.2 细节分析
6.4 流程的优化
6.4.1 优化时间
6.4.2 优化通量
6.4.3 优化能效
6.4.4 优化方法
6.5 优化实例
6.5.1 优化快餐服务时间
6.5.2 优化立窑卸料装置
第7章 参数设计优化
7.1 基本理论
7.1.1 参数优化的特点
7.1.2 参数优化的方法、条件和要素
7.1.3 参数优化的问题
7.2 简单工艺优化
7.2.1 铝-24硅活塞合金高温性能优化
7.2.2 铝镁锌合金力学性能优化
7.2.3 铝合金时效工艺优化
7.2.4 球墨铸铁等温淬火工艺优化
7.2.5 高合金模具钢热处理工艺优化
7.2.6 硅铝合金精车工艺优化
7.2.7 雷达天线焊接工艺优化
7.2.8 水泥熟料成分优化
7.2.9 喷射混凝土性能优化
7.2.10 泵送混凝土性能优化
7.2.11 混凝土外加剂配方优化
7.2.12 镁锆砖抗侵蚀性能优化
7.2.13 山茱萸多糖提取工艺优化
7.3 复杂工艺优化
7.3.1 钢材热处理工艺优化
7.3.2 粘土大砖工艺优化
7.3.3 高纯硅砖工艺优化
第8章 质量管理优化
8.1 全面质量管理
8.1.1 全面质量管理的由来
8.1.2 全面质量管理的理论
8.1.3 全面质量管理的方案
8.2 六西格玛管理
8.2.1 六西格玛的发展
8.2.2 六西格玛的方法
8.3 质量管理的实例
8.3.1 典型外企的质量管理
8.3.2 典型中企的质量管理
8.4 Excel在质量管理中的运用
8.4.1 统计质量管理基础
8.4.2 绘制直方图
8.4.3 绘制帕累托图
8.4.4 描述性统计
8.4.5 绘制管制图
8.4.6 计算过程能力
8.5 Minitab在质量管理中的运用
8.5.1 全面质量管理的七种基本工具
8.5.2 绘制因果图
8.5.3 检验概率分布
8.5.4 绘制直方图
8.5.5 绘制帕累托图
8.5.6 描述性统计
8.5.7 绘制管制图
8.5.8 计算过程能力
第9章 从优化到创新
9.1 基本理论
9.1.1 优化
9.1.2 创新
9.1.3 优化与创新的关系
9.2 利用企业生产管理的数据进行创新
9.2.1 采用回归分析寻求规律
9.2.2 采用多元分析寻求规律
9.3 结合企业日常技术工作进行创新
9.3.1 氧气转炉炼钢的发明和完善
9.3.2 镁碳砖的发明
9.3.3 溅渣护炉技术的发明
9.3.4 案例点评
9.4 赶超世界一流，中国企业应从哪里入手？
9.4.1 从提高现有产品的质量入手，提升管理水平
9.4.2 从改善现有产品的性能入手，建立创新氛围
9.4.3 从开发新产品入手，培育核心能力
附录A 回归方程离差平方及回归平方和分解式的补充证明
参考文献

我国是世界制造大国，制造业是我国经济的支柱产业。目前，我国经济正通过转型谋求新的增长，中国制造也正在通过创新获得新的动力。 然而，创新是一项投入大、风险高的事业。与发达国家同行相比，我国企业起步晚、基础薄、经验少，在资金、技术、装备、管理、人才上都没有优势。因此，我国的企业要通过创新开辟一条成功之路，就得认识科技创新的规律，看清技术进步的趋势，根据行业状况、对手动向和自身条件，制定正确的策略。为了帮助广大中资企业，尤其是中小企业提高创新水平，本书系统研究了国内外的创新理论，剖析了大量的创新案例，从中总结了成功的模式，提取了常见的问题，给出了问题的参考解答，形成了系统的解决方案，以便支持这些企业的创新工作。 本书第1章主要讲解计算机辅助工艺优化技术及其发展趋势，并对与其相关的智能制造方向作了较为详细的说明。 本书第 2 章介绍了流行软件Excel 2010/2003，包括Excel基本技术；Excel的数学、代数、逻辑、统计、查找五大类共29个函数，数据透视表，方差分析，相关分析，回归分析，逐步回归，以及规划求解的方法。 第 3 章介绍了通用质量管理软件Minitab，包括基本作图、常规统计（方差分析、相关分析和回归分析）、实验设计和多元分析。通过Excel与Minitab进行接力式运算，可以解决工艺优化所遇到的大多数问题。 第4章介绍了二次方程、二次曲面以及响应曲面。 第 5 章及附录介绍了回归分析、回归方程的平方和分解式和正交试验设计、二次正交试验设计。学习要点是：1）搞清所研究问题的机理—回归方程—二次曲面之间的关系；2）搞清试验设计表的分辨能力；3）根据对机理的分析，正确进行试验设计；4）根据上述分解式，找出方程的重要因子；5）建立重要截面上的响应曲面，借助曲面优化性能，通过分析优化的结果发现隐蔽的问题并解决问题。 第6～8章依次介绍了制造流程优化、参数设计优化和质量管理优化。首先，找到工艺流程中最有价值的环节，确定其考核指标及影响因素。其次，建立反映上述指标和因素关系的模型，利用模型进行优化，分析优化结果，发现和解决矛盾，求得最佳工艺条件。最后，确定质量控制的诸要素，并进行有效的监控，以保证制定的工艺制度得到切实有力的执行。 第9章首先叙述优化、创新、优化与创新的关系；其次介绍立足企业现状进行创新的实例。近年，国家大力提倡自主创新，经过自上而下的反复讨论，对创新的必要性已形成共识。但是，与发达国家顶尖企业相比，我国企业的经济实力和它们还不在同一层次，创新能力也不在同一水平。因此，我国企业要从低端入手，从投入小、风险低、见效快的革新起步。确定无误的大方向后，持续进行一系列短平快的优化，日积月累、聚少成多，才能成就大的事业。 作者在撰写本书时，尽可能使本书具有“易”“全”“实”三个特点。“易”指容易上手，用通俗的语言叙述，使零起点的读者也能够学懂；“全”指涉及工艺过程的方方面面；“实”指接地气、有实效，可大幅提高研发效率。读懂一本书就能够解决实际问题；精通一本书就可望成为创新高手。 本书在写作和出版中，得到了国家973计划项目“水泥低能耗制备和高效应用”（2009CB623100）、国家“十二五”科技支撑项目“高抗侵蚀熔铸氧化铝系列耐火材料的研发”（2013BAE03B01-01B）的资助，得到了中国建筑材料科学研究总院曾大凡副院长、颜碧兰副院长等领导的关心和支持，得到了瑞泰科技股份有限公司副总经理袁林教授、国家绿色建材重点实验室水泥方向学术带头人汪澜教授、混凝土方向学术带头人王玲教授等知名专家的指导和帮助。参加本书审查的有刘锡俊（第1章、9.1、9.2.2、9.3和9.4节）、魏翰（第2章）、徐如林（第3章）、王俊杰（第4章、第5章和附录）、汪澜（第6章、7.2.8、9.2.1节）、王玲（7.2.9-7.2.11节）、周严敦（7.1、7.2.12、7.3节）、曹变梅（7.2.13、9.2.2节）王华（第8章）。 本书在写作中参考了大量文献资料，通过分析前人的工作，提取其中精华、总结经验，得以形成比较完整的知识体系和能够解决我国企业实际问题的系统方案。 知识是经验的总结，科学是知识的体系，科学大厦是由众人贡献的一砖一瓦筑成的。谨此，一并向对本书作出贡献和提供帮助的各位表示衷心感谢！对本书的不妥之处，也恳请读者批评指正。