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人工智能趋近支持统计质量控制教学
马塞洛·梅内塞斯·赖斯，埃德森·帕切克·帕拉迪尼，苏雷什·卡托尔，威利·亚诺·萨默
摘要
统计质量控制–SQC（包括统计过程控制、过程能力研究，验收抽样和实验设计）是一个非常重要的工具，用于通过一个机构来获得、保持和提高产品和生产服务的质量水平。由于它的重要性，在实际中它不仅是大学和技术上的课程，在公司的培训部门中，SQC也已经被广泛应用。一个不恰当的教学方法可能会导致这样的问题；因此它激发了一个SQC教学模型的发展，同时要求他的学习者正确运用SQC技术。在一个关于正确应用SQC思想的调查后，包括它的使用和教学/培养方法，定义了这个模型的内容和方法。我们还意识到将这个模型的计算机环境和SQC概念、技能方面的联系相结合的条件。一种人工智能的方法被用于发展计算机环境，导致STCEQ这个智能教学系统的出现。本文讨论了这个系统的主要特点和其运作，以及使用这样一个系统的好处和我们运行该系统可以得到的结果。
- 说明
统计质量控制(SQC）已经在全世界使用了超过70年，并且他已经极大地促进了许多商品和服务质量的提高。尽管SQC被广泛地使用，但是SQC经常被误用，不是以一种错误的技能来解决问题，就是忽视使用这些技能的基本假设；（阿勒amp;罗伯茨，1995）。这种情况不仅发生在巴西（埃普雷希特·马查多- 1996），同时也发生在其他国家(Brauml;nstrom-Stenberg amp; Deleryd, 1999; Dahlgaard, Kristensen, Kanji, Juhk, amp; Sohal, 1998; Lee, Leung, amp; Chan, 1997).
使用SQC不当的原因是培训不足：那些使用SQC技能的人没有充分理解SQC的概念和必要的假设。因此，我们决定开发一个统计质量控制的教学模型，它将包含一个可以联系SQC概念和技能的电脑环境。这个模型的内容和方法是在完成一个关于SQC的使用和教学的调查之后确定的。另一个关于SQC教学的电脑应用研究工作推荐一个电脑环境下的人工智能。该系统被称为STCEQ（Sisrema Tutorial Inteligente para Controle Estatistico da Qualidade）——统计质量控制智能教学系统，他可以提供一个良好的学习和联系SQC的环境。
- 统计质量控制：概念、使用和教学
统计质量控制是指在工作中（Western Electric,1956）借用数字或数理统计的方法来了解产品工艺质量的特征，以使质量可以控制在我们可以控制的范围。“最重要的问题是质量评估，因为质量是企业生存和发展的重要部分。因此，人们要系统地学习生产过程的变化，以保证其质量，唯一的方法就是学习数理统计的方法。
统计质量控制有四个重要组成：统计过程控制（SPC）、过程能力研究、验收抽样和实验设计。
统计过程控制包括监控工艺变化的控制图，和一些有利的工具，例如鱼骨图和流程图，还有一些统计工具，例如排列图和直方图（这些工具用来寻找一些生产行为不当的原因，或许这就是提高生产质量的一个机会。
过程能力研究是根据计划书测量生产项目中的过程能力，这对于质量保证是至关重要的。
验收抽样被定义为一种统计技术，用于接受或拒绝来自于供应商的成品或的原材料随机抽样为依据。邓肯（1986）强调验收抽样并不能估计产品质量，它只是对接受或决绝这些货物的一个建议的过程。
实验设计是一个光放的统计问题。正确设计的统计实验可以发现哪些变量会导致工序的行为不当和影响幅度。
一些研究人员通过对于使用SQC的调查，提供了一些有趣的结果(Brauml;nstrom-Stenberg amp; Deleryd, 1999; Dahlgaard et al., 1998; Lee et al., 1997; Reis,
- :
- 在某些地方，控制图技术（尤其是休哈特控制图）和过程能力研究（不重视）是最常用的SQC工具，但是不同于美国、瑞典和香港的工具。
- 然而东方的公司似乎更加意识到在整体上不仅SQC重要，质量管理也很重要。
- 尽管大多数企业表示它们对产品质量有保证，但是ISO 9000证书并不意味着该公司实际上正在使用SQC。
- 在某些情况下，SQC只有在客户要求下才会被植入，特别对于一些汽车供应行业的企业。
- 最重要的SQC技能是结果解释（尤其是控制图），和解决问题的统计学知识（它们应该在任何教学/培训项目上发展）。
关于巴西高等学府统计质量控制（工程和设）课程教学的调查，主要结果是：
- 在工程项目管理上，SQC经常被选修了很多次的课程所覆盖，而统计程序是强制性的；
- 通常SQC的课程包括SPC和试验抽样（不过后者失去重要性）；
- SPC控制图的重点，尤其是Shewhart控制图，”先进的：控制图（如累积和控制图和
指数加权移动平均控制图），过程能力研究也几乎被涵盖；
- 实验设计又是包含在一个单独的课程中，经常在统计程序中（理论上）；
- 最主要的缺陷似乎是分配到SQC的时间（讲座和实践活动）（通常是45小时，在某些情况下，只有30小时），这是不能足以很好的掌握控制图和过程能力研究。
- 管理问题应该纳入SQC的科目（或者课程）至少在一个系统组织的概念和和其对质量管理的影响（Neave, 1996）。
基于从两个调查和进一步的研究工作得到的结（Hongamp;Orsquo;Sullivan,1995)，我们已经把SQC的内容和方法下了定义并嵌入SQC教学的模型和包括电脑环境的机会。最后一步的研究（Kearsley,1987;Nievola,1995;Pozo,1991;1996)表明，人工智能（AI）的方法可能是一个很好的实施智能教学系统（ITS）的环境实现的选择。之所以这样决定是因为有能力创造一个“learn-by-doing”环境，在这里学生/学员可以学习所学要的SQC技能和知识（Clarkson et al.,1994;Du Plessis,Van Biljon,Tolmie,amp;Wollinger,1995;Reis,2001;Wenger,1987）。这个智能教学系统被称为STCEQ。在目前的版本中，STCEQ只包括解决SPC和过程能力研究问题的项目。验收抽样和实验设计的教程被加入到提供统计质量控制的一个完整描述。
3. STCEQ的概念
STCEQ开发利用人工智能为统计质量控制,建立一个学习环境的教学模式。研究依靠我们的经验使用人工智能支持统计教学,SEstat专家系统((Cechinel amp; Moreira, 1998; Cechinel, Reis, Ohira, amp; Nassar, 1999),这个系统的研究工作仍在继续(二叠纪,2000)。尽管它的实用性,SEstat并没有解决SQC问题,也提供了一个不断监视用户的答案,这可能是很大的帮助在学习环境。此外,SEstat几乎重建完成一些功能,如模拟,一个想要在SQC学习环境。因此一个决定开发一个新的应用程序,名为STCEQ。
STCEQ是一个智能辅导系统(ITS)。这里它是理解为一个计算机程序,利用人工智能技术来模拟人类思维在一定领域,试图帮助一个“学徒”在构建策略解决问题或做出决策(Fowler,1991)。智能辅导系统也被称为ICAIs通信系统(智能计算机辅助教学)或知识(Wenger,1987)。当时的想法是创建一个环境,一个用户可以自由地寻找SQC被监察的概念和可能解决实际SQC问题(自动监督)。
根据其需求，STCEQ包括以下几点:
1、友好的环境。STCEQ提供了一个友好的学习环境,最大限度地减少所需的时间掌握系统交互,从而允许用户尽快开始做正事。STCEQ包括两个方面的相互作用,自由协商的教程,或解决SQC问题。前用户导航SQC教程在多媒体文档和后者他回答项关于生产过程。
2、真正的SQC问题。嵌入STCEQ的问题是“真正的”SQC问题,与实际生产流程和真实的数据。不幸的是获取真实数据是相当的任务;巴西公司允许他们的数据很少被使用,即使承诺不使用真实的公司名称。因此,我们决定使用一个随机数来模拟数据生成器。然而,使用的生产流程是真实的。的问题包括解释结果,选择和详细技术,选择评估,以监督和提高质量。
3、监督。SQC专家和导师嵌入STCEQ。前者负责“正确”答案的问题,而后者比较用户和专家的答案,计算用户的性能,并建议下一步应该做什么(下一个问题解决,教程咨询)。
STCEQ还显示了一个用户活动在之前的相互作用(教程咨询、解决问题、性能),允许用户更好的行动计划。,最后但不是最少,用户完全控制的交互:他可以选择跟随或忽视教师的建议。
4. STCEQ结构
STCEQ是一个模块化的系统,使用面向对象的方法。这也允许未来的扩张和维护更容易。其结构包括以下模块:
- Apprentice。它存储信息从所有STCEQ用户,每个用户是这个模块的一个实例。每次用户访问系统更新相关信息,和用户以前的活动(问题解决,性能和教程咨询),给新的交互方向。
- 模拟器。它包括一个随机数字生成器,所有统计过程控制技术(控制图和功能研究)。它生成所有结果(图形、数字)和教程中使用问题。它的算法(达奇,1988)是统计测试的随机性和分布拟合。
- 问题。它存储所有的问题都可以向用户提供(包括与每个问题相关的教程);每一个问题是这个模块的一个实例。它还将需要的信息发送到模拟器模块生成的数据和专家模块来思考问题。
- 教程。它存储所有的教程,可以咨询。每个教程都是这个模块的一个实例。
- 专家。它解决的问题以及用户和评价他/她的表现。它还向导师模块发送所有的结论。
- 导师。它包含所有的教学信息,基于专家的结论提出了一种诊断有关用户的答案,最好的下一步该采取的行动方针。也更新学徒就解决的问题和用户的性能。
- 接口。它提供了所有的信息给用户。接口是用葡萄牙语写的,针对巴西用户。
图1总结了STCEQ结构。教程是微软ppt文件,可以减轻维护。然而,在下一个版本模拟将包括在教程中,不仅允许用户生成数据,还用它来学习和练习SQC概念。问题报告(公司描述、生产过程质量问题)也被实现为微软PowerPoint演示,但结果来自模拟器模块。
图1 STCEQ结构
STCEQ已经开发成一个独立的应用程序(在不久的将来我们打算建立一个基于web的版本)在windows中,IBM-PC兼容的平台。一个专家系统外壳,Intellicorp Kappa-PC 2.4,已经被用于开发原型。质量控制或统计质量控制。
5. 可能与STCEQ交互的方法
一些STCEQ屏幕给出下一个数字(它们最初的800·600像素大小和是用葡萄牙语写的,我们提供了所需的翻译)。
一旦完成了用户标识,学徒模块将提交一份报告之前的所有活动(图2)。如果没有找到匹配用户识别被认为是首次提出了用户和欢迎信息和建议来解决第一个问题。
在左上方来者是免费咨询教程(标题和描述);那些被用户访问没有导师的推荐模块。左下角
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