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# SPC智能预测预警技术文档
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## 1. 文档目标
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本文档用于设计 `MES-Manager_View` 中 AI 助手的 SPC 智能预测预警功能。功能基于现有质量数据查询结果，分析测量值趋势、Cp/Cpk 工序能力参数趋势，并在 AI 助手界面输出商业软件级别的预测预警结果。
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本阶段只编写技术设计文档，不修改任何代码、不提交、不推送。
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## 2. 功能目标
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SPC 智能预测预警需要实现以下能力：
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| 能力 | 说明 |
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|---|---|
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| 质量趋势预警 | 根据测量值随时间变化识别超限、接近规格限、连续漂移、波动变大等风险 |
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| Cp/Cpk 能力预警 | 根据滚动窗口计算 Cp、Cpk，判断工序能力是否下降 |
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| 风险分级 | 输出正常、关注、预警、严重四级结果 |
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| 图表展示 | 在 AI 助手中展示测量值趋势图、Cp/Cpk 趋势图、风险点 |
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| 结果解释 | 说明触发规则、计算依据、样本范围、置信度 |
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| 商业化输出 | 使用规范表格、清晰颜色、可追溯明细和建议措施 |
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## 3. 数据来源约束
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所有数据必须来自项目已有 HMI 查询能力，不允许直连数据库。
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质量数据查询链路：
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```text
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AI助手
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-> MCP Server
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-> queryQualityData()
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-> MESCommonBase.ashx
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-> CreateData 参数结构
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-> 质量数据_发动机质量数据_各个工位_视图_发动机型号_综合查询
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```
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禁止事项：
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- 不直接连接 SQL Server。
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- 不在 AI 服务中拼 SQL。
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- 不新增数据库依赖。
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- 不修改质量数据查询页面底层业务逻辑。
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- 不绕过项目已有函数查询数据。
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## 4. 推荐分析对象
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预测预警应优先针对单一工序特性分析。
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推荐查询粒度：
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```text
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工位号 + 测量位置 + 测量项目
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```
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示例：
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```text
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查询质量数据 工位号 OP10 测量位置 缸盖螺栓 测量项目 扭矩 做SPC智能预警
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```
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如果用户未提供完整条件：
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| 缺失条件 | 处理方式 |
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|---|---|
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| 未提供工位号 | 允许分析，但提示可能混合多个工位 |
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| 未提供测量位置 | 允许分析，但提示可能混合多个测量位置 |
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| 未提供测量项目 | 允许分析，但提示可能混合多个测量项目 |
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| 无任何条件 | 使用全时间范围最新数据分析，置信度标记为低 |
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## 5. 输入参数设计
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| 参数 | 来源 | 说明 |
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|---|---|---|
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| query | 用户原始问题 | 用于解析意图和筛选条件 |
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| stationNumber | 自然语言解析 | 工位号 |
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| testPosition | 自然语言解析 | 测量位置 |
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| testItem | 自然语言解析 | 测量项目 |
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| engineId | 自然语言解析 | 工件编号 |
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| startTime | 自然语言解析 | 开始时间 |
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| endTime | 自然语言解析 | 结束时间 |
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| analysisSize | 系统默认 | 分析样本数，默认 150 |
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| displaySize | 系统默认 | 展示样本数，默认 50 |
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| windowSize | 系统默认 | Cp/Cpk 滚动窗口大小，默认 25 |
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| windowStep | 系统默认 | 滚动窗口步长，默认 10 |
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如果当前查询接口只能稳定返回 50 条，则第一版使用最新 50 条完成分析；后续可扩展分页获取更多分析样本，但 AI 界面仍只展示最新 50 条。
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## 6. 数据字段映射
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| 标准字段 | 兼容字段 | 用途 |
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|---|---|---|
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| 生产日期 | 操作时间、完成时间、时间 | 趋势排序、X轴 |
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| 工位号 | 指南工位号、工位编号 | 工位识别 |
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| 工位名称 | 工序名称、工位名称 | 展示 |
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| 工件编号 | 发动机号、工件编号 | 明细追溯 |
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| 测量位置 | 位置 | 测点识别 |
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| 测量项目 | 测量内容、项目 | 特性识别 |
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| 测量值 | 实际值、value、Value | 核心分析值 |
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| 上限值 | USL、上限 | 规格上限 |
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| 下限值 | LSL、下限 | 规格下限 |
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| 理论值 | 目标值、中心值 | 目标中心线 |
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| 合格标志 | 是否合格、合格 | 不合格识别 |
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## 7. 预警等级设计
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| 等级 | 分数范围 | 含义 | 建议颜色 |
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|---|---:|---|---|
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| 正常 | 0-19 | 数据稳定，未发现明显风险 | 绿色 |
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| 关注 | 20-39 | 存在轻微趋势或接近边界 | 蓝色/黄色 |
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| 预警 | 40-69 | 存在明显质量风险 | 橙色 |
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| 严重 | 70-100 | 已超限或能力严重不足 | 红色 |
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最终等级取所有命中规则中的最高风险等级，并结合累计风险分数输出。
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## 8. 测量值趋势预警规则
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| 规则 | 判断条件 | 风险等级 |
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|---|---|---|
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| 超规格上限 | 测量值 > 上限值 | 严重 |
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| 低于规格下限 | 测量值 < 下限值 | 严重 |
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| 已不合格 | 合格标志为不合格、NG、false、0 | 严重 |
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| 接近规格限 | 距离上限或下限小于规格宽度 10% | 关注 |
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| 高危接近规格限 | 距离上限或下限小于规格宽度 5% | 预警 |
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| 连续上升 | 最近 5 个有效测量值连续上升 | 预警 |
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| 连续下降 | 最近 5 个有效测量值连续下降 | 预警 |
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| 均值偏移 | 最近窗口均值较历史窗口偏移超过规格宽度 10% | 预警 |
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| 波动增大 | 最近窗口标准差大于历史窗口标准差 1.5 倍 | 关注/预警 |
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## 9. Cp/Cpk 工序能力计算
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计算公式：
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```text
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Mean = 测量值平均值
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Sigma = 样本标准差
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Cp = (USL - LSL) / (6 * Sigma)
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Cpu = (USL - Mean) / (3 * Sigma)
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Cpl = (Mean - LSL) / (3 * Sigma)
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Cpk = min(Cpu, Cpl)
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```
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判断标准：
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| Cpk | 等级 | 说明 |
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|---:|---|---|
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| >= 1.67 | 优秀 | 工序能力充足 |
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| 1.33 - 1.67 | 正常 | 满足常规质量要求 |
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| 1.00 - 1.33 | 关注 | 工序能力边缘 |
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| 0.67 - 1.00 | 预警 | 工序能力不足 |
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| < 0.67 | 严重 | 工序能力严重不足 |
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Cp 与 Cpk 的关系解释：
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| 情况 | 说明 |
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|---|---|
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| Cp 高、Cpk 高 | 工序稳定且居中 |
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| Cp 高、Cpk 低 | 波动不大，但过程中心偏移 |
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| Cp 低、Cpk 低 | 波动大且能力不足 |
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| Cp 正常、Cpk 连续下降 | 存在逐步偏移风险 |
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## 10. Cp/Cpk 趋势预警规则
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采用滚动窗口计算能力趋势：
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| 参数 | 默认值 |
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|---|---:|
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| 窗口大小 | 25 条 |
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| 窗口步长 | 10 条 |
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| 最少窗口数 | 3 个 |
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规则：
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| 规则 | 判断条件 | 风险等级 |
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|---|---|---|
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| Cpk 低于合格线 | 最近窗口 Cpk < 1.33 | 关注 |
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| Cpk 低于预警线 | 最近窗口 Cpk < 1.00 | 预警 |
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| Cpk 严重不足 | 最近窗口 Cpk < 0.67 | 严重 |
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| Cpk 连续下降 | 最近 3 个窗口 Cpk 连续下降 | 预警 |
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| Cpk 快速下降 | 最近窗口较上一窗口下降超过 20% | 预警 |
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| 中心偏移 | Cp >= 1.33 且 Cpk < 1.00 | 预警 |
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## 11. 风险评分建议
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| 事件 | 分数 |
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|---|---:|
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| 测量值超限 | +70 |
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| 存在不合格标志 | +60 |
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| Cpk < 0.67 | +70 |
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| Cpk < 1.00 | +45 |
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| Cpk < 1.33 | +25 |
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| Cpk 连续下降 | +35 |
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| 接近规格限 5% | +35 |
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| 接近规格限 10% | +20 |
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| 连续 5 点上升或下降 | +30 |
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| 波动增大 1.5 倍 | +25 |
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| 样本不足 | 不加分，但降低置信度 |
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| 多工位或多测点混合 | 不加分，但降低置信度 |
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## 12. AI 助手触发词
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只有明确出现以下触发词时才进入预测预警：
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```text
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SPC预测预警
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智能预警
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质量预警
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趋势预警
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异常预测
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失控风险
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CPK预警
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Cpk趋势预警
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工序能力预警
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过程能力预警
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预测这个工位是否有风险
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```
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不应触发预警的普通问题：
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```text
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查询质量数据
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显示最新50条质量数据
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绘制SPC基本趋势图
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绘制直方图
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查看Cpk趋势图
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质量数据查询模块有什么功能
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```
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## 13. AI 输出格式
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AI 助手输出应固定包含以下模块。
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### 13.1 预警结论表
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| 项目 | 内容 |
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|---|---|
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| 风险等级 | 正常 / 关注 / 预警 / 严重 |
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| 风险分数 | 0-100 |
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| 分析对象 | 工位号 / 测量位置 / 测量项目 |
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| 样本数量 | 有效测量值数量 |
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| 时间范围 | 最早生产日期 - 最新生产日期 |
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| 当前 Cp | 最近窗口 Cp |
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| 当前 Cpk | 最近窗口 Cpk |
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| Cpk 趋势 | 上升 / 平稳 / 下降 |
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| 置信度 | 高 / 中 / 低 |
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| 结论摘要 | 一句话说明主要风险 |
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### 13.2 规则命中表
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| 规则 | 是否命中 | 风险等级 | 说明 |
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|---|---|---|---|
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| 规格超限 | 是/否 | 严重 | 是否存在超上限或低下限 |
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| 接近规格限 | 是/否 | 关注/预警 | 是否接近 USL/LSL |
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| 连续漂移 | 是/否 | 预警 | 是否连续上升或下降 |
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| 均值偏移 | 是/否 | 预警 | 最近均值是否偏移 |
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| 波动增大 | 是/否 | 关注/预警 | 标准差是否增大 |
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| Cpk 能力不足 | 是/否 | 关注/预警/严重 | Cpk 是否低于阈值 |
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| Cpk 连续下降 | 是/否 | 预警 | 能力是否持续变差 |
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### 13.3 Cp/Cpk 趋势表
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| 窗口 | 样本范围 | 平均值 | 标准差 | Cp | Cpk | 判断 |
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|---|---|---:|---:|---:|---:|---|
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| W1 | 第1-25条 | | | | | |
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| W2 | 第11-35条 | | | | | |
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| W3 | 第21-45条 | | | | | |
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### 13.4 改进建议表
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| 风险 | 建议 |
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|---|---|
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| 测量值接近上限 | 检查设备补偿、夹具状态、刀具磨损或拧紧参数 |
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| 测量值接近下限 | 检查装配不到位、零件批次或工艺参数偏低 |
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| Cpk 下降 | 优先确认过程中心是否偏移，再检查波动来源 |
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| 波动变大 | 检查设备稳定性、环境、人员操作和来料一致性 |
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| 已超限 | 建议立即停线确认、隔离相关工件并追溯前后批次 |
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## 14. 图表设计
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### 14.1 测量值趋势预警图
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图表内容：
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- X 轴：生产日期或样本序号。
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- Y 轴：测量值。
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- 折线：测量值。
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- 辅助线：上限值、下限值、理论值、平均值。
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- 风险点：
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- 红色：超限点。
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- 橙色：接近规格限点。
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- 蓝色：正常点。
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### 14.2 Cp/Cpk 趋势图
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图表内容：
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- X 轴：滚动窗口编号。
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- Y 轴：Cp / Cpk。
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- 折线：
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- Cp
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- Cpk
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- 辅助线：
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- 1.67 优秀线。
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- 1.33 合格线。
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- 1.00 预警线。
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- 0.67 严重线。
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- Cpk 低于 1.00 的点应突出显示。
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## 15. MCP 工具设计
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新增工具名称：
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```text
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||
predict_quality_spc_warning
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```
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||
输入：
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| 参数 | 类型 | 默认值 | 说明 |
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|---|---|---|---|
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| query | string | 空 | 用户原始问题 |
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| stationNumber | string | 空 | 工位号 |
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| testPosition | string | 空 | 测量位置 |
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| testItem | string | 空 | 测量项目 |
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| engineId | string | 空 | 工件编号 |
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| startTime | string | 1900-01-01 00:00:00 | 开始时间 |
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| endTime | string | 2099-12-31 23:59:59 | 结束时间 |
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| analysisSize | number | 150 | 分析样本数 |
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||
| displaySize | number | 50 | 展示样本数 |
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||
| windowSize | number | 25 | 滚动窗口大小 |
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| windowStep | number | 10 | 滚动窗口步长 |
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输出：
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| 字段 | 说明 |
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|---|---|
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| html | 预警表格 HTML |
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| charts | ECharts 图表配置 |
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| data.rows | 原始查询数据 |
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| data.displayRows | 展示用明细数据 |
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| data.analysis | 预警分析结果 |
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| data.capabilityWindows | Cp/Cpk 滚动窗口结果 |
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| data.params | 实际查询参数 |
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| data.confidence | 置信度说明 |
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## 16. AI 路由优先级
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AI 助手应按以下顺序处理用户问题：
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1. 页面导航。
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2. 模块功能说明。
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3. SPC 智能预测预警。
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4. 指定图表绘制。
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5. 普通质量数据查询。
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6. DeepSeek 普通问答。
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这样可以避免：
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- 普通质量数据查询误触发预警。
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- 普通图表绘制误触发预警。
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- 用户明确要求预警时只返回普通表格。
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## 17. 置信度设计
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| 条件 | 置信度 |
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|---|---|
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| 单工位、单测量位置、单测量项目，样本 >= 100 | 高 |
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| 单工位、单测量位置、单测量项目，样本 50-99 | 中 |
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| 样本 10-49 | 低 |
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||
| 多工位混合 | 低 |
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||
| 多测量位置混合 | 低 |
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| 多测量项目混合 | 低 |
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||
| 缺少上下限 | 低，仅做趋势判断 |
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| 样本少于 10 | 极低，仅做超限判断 |
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## 18. 异常处理
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| 场景 | 输出 |
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|---|---|
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| MES 后端不可用 | 查询入口已定位，但接口调用失败 |
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| 无数据 | 未查询到符合条件的质量数据 |
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| 无测量值 | 无法进行趋势和能力分析 |
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||
| 无上下限 | 无法计算 Cp/Cpk，仅输出测量值趋势 |
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||
| 标准差为 0 | Cp/Cpk 不可计算，提示样本无波动 |
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||
| 样本不足 10 | 仅做基础超限判断 |
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||
| 多测点混合 | 输出低置信度提示 |
|
||
| 多测量项目混合 | 输出低置信度提示 |
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## 19. 测试方案
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### 19.1 意图识别测试
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| 输入 | 期望 |
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|---|---|
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| 查询质量数据 | 普通表格，不触发预警 |
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| 查询质量数据 显示最新50条 | 普通表格，不触发预警 |
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| 查询质量数据 做SPC预测预警 | 触发预警 |
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| 工位 OP10 测量位置 A 测量项目 扭矩 做CPK预警 | 触发预警 |
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| 绘制Cpk趋势图 | 图表绘制，不触发预警 |
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| 质量数据查询模块有什么功能 | 功能说明，不查询数据 |
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### 19.2 计算规则测试
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| 场景 | 期望 |
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|---|---|
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| 存在测量值 > 上限值 | 严重 |
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| 存在测量值 < 下限值 | 严重 |
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| Cpk = 1.5 | 正常 |
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| Cpk = 1.2 | 关注 |
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| Cpk = 0.9 | 预警 |
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||
| Cpk = 0.5 | 严重 |
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||
| 最近 3 个窗口 Cpk 连续下降 | 预警 |
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||
| 最近 5 个测量值连续上升 | 预警 |
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||
| 无上下限 | 不计算 Cp/Cpk |
|
||
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### 19.3 UI 测试
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||
|
||
| 项目 | 期望 |
|
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|---|---|
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||
| 预警结论表 | 样式规范，风险颜色明确 |
|
||
| 明细表 | 最多显示 50 条 |
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||
| 趋势图 | 显示测量值、USL、LSL、理论值 |
|
||
| Cp/Cpk 图 | 显示 Cp、Cpk 和能力阈值线 |
|
||
| 窗口缩放 | 图表跟随 AI 助手窗口缩放 |
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||
| 大数据结果 | 不交给 DeepSeek 重写大表，避免卡顿 |
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||
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## 20. 实施节点
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1. 增加预警意图识别，只识别明确预警触发词。
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||
2. 复用现有质量数据查询函数获取数据。
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||
3. 增加测量值清洗、时间排序、上下限识别能力。
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||
4. 增加 Cp/Cpk 计算函数。
|
||
5. 增加滚动窗口能力趋势计算。
|
||
6. 增加风险规则引擎。
|
||
7. 增加预警 HTML 表格生成。
|
||
8. 增加测量值趋势图和 Cp/Cpk 趋势图。
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||
9. 接入 AI 助手聊天路由。
|
||
10. 完成静态检查、接口测试和 UI 验收。
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||
|
||
## 21. 验收标准
|
||
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||
- 用户明确要求预警时，AI 输出预警结论、规则命中、Cp/Cpk 趋势、图表和建议。
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||
- 用户普通查询质量数据时，不自动预警。
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- 所有查询仍依赖现有 HMI 查询入口，不直连数据库。
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||
- Cpk 低于 1.00 时必须给出预警。
|
||
- 测量值超规格限时必须给出严重风险。
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||
- 样本不足或数据混合时必须提示置信度降低。
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||
- 输出结果符合商业软件展示要求，规范、稳定、可解释、可追溯。
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||
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||
## 22. Assumptions
|
||
|
||
- 第一版使用规则引擎，不引入机器学习训练模型。
|
||
- 默认展示最新 50 条质量数据。
|
||
- 推荐分析粒度为单一工位、单一测量位置、单一测量项目。
|
||
- 如果接口无法返回 150 条分析样本，则先使用 50 条完成预警。
|
||
- 所有结果以 AI 助手界面展示为主，不新增独立页面。
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||
- 本阶段只输出技术文档，不修改代码。
|