質(zhì)量工程師初級知識:什么是SPC、SPD與SPA

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一、概述
    近年來,由于科學技術(shù)的迅猛發(fā)展,產(chǎn)品的不合格品率迅速降低,如電子產(chǎn)品的不合格率由過去的百分之一、千分之一降低到百萬分之一(ppm,10–6),乃至十億分之一(ppb,10–9)。質(zhì)量控制方式也由過去的3s控制方式演進為6s控制方式。3s控制方式下的穩(wěn)定狀態(tài)不合格品率為2.7×10–3(0.27%),6s控制方式下的穩(wěn)定狀態(tài)不合格品率僅為2.0×10–9(10億分之二),參見圖1.(略)這就是21世紀的超嚴格質(zhì)量要求,各種產(chǎn)品都有其相應的超嚴格質(zhì)量要求。因此,的美國質(zhì)量管理專家朱蘭早在1994年就在美國質(zhì)量管理學會年會上指出:“21世紀是質(zhì)量的世紀”。
    大家知道,貫徹預防原則是現(xiàn)代質(zhì)量管理的核心與精髓。對如此嚴格的質(zhì)量要求,采取什么樣的科學措施和科學方法來貫徹預防原則并保證質(zhì)量方針和目標的實現(xiàn)呢?這就要提到“SPC”、“SPD”與“SPA”。
    二、什么是SPC、SPD與SPA?
    1. SPC
    SPC(Statistical Process Control)即統(tǒng)計過程控制,是20世紀20年代由美國休哈特首創(chuàng)的。SPC就是利用統(tǒng)計技術(shù)對過程中的各個階段進行監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)過程異常,及時告警,從而達到保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的。這里的統(tǒng)計技術(shù)泛指任何可以應用的數(shù)理統(tǒng)計方法,而以控制圖理論為主。但SPC有其歷史局限性,它不能告知此異常是什么因素引起的,發(fā)生于何處,即不能進行診斷,而在現(xiàn)場迫切需要解決診斷問題,否則即使要想糾正異常,也無從下手。
    2. SPD
    SPD(Statistical Process Diagnosis)即統(tǒng)計過程診斷,是20世紀80年代由我國質(zhì)量管理專家張公緒首次提出的。1980年,張公緒提出選控控制圖系列。選控圖是統(tǒng)計診斷理論的重要工具,奠定了統(tǒng)計診斷理論的基礎。1982年,張公緒又提出了“兩種質(zhì)量診斷理論”,突破了傳統(tǒng)的休哈特質(zhì)量控制理論,開辟了質(zhì)量診斷的新航向。此后,我國又提出“多元逐步診斷理論”和“兩種質(zhì)量多元診斷理論”,解決了多工序、多指標系統(tǒng)的質(zhì)量控制與質(zhì)量診斷問題。從此,SPC上升為SPD.SPD是利用統(tǒng)計技術(shù)對過程中的各個階段進行監(jiān)控與診斷,從而達到縮短診斷異常的時間、以便迅速采取糾正措施、減少損失、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的。目前,我國依據(jù)上述診斷理論已開發(fā)出兩種診斷軟件。一種是依據(jù)“兩種質(zhì)量診斷理論”開發(fā)的應用軟件SPCD2000,用于診斷多工序生產(chǎn)線中上工序?qū)ο鹿ば虻挠绊?;另一種是依據(jù)“多元逐步診斷理論”和“兩種質(zhì)量多元診斷理論”開發(fā)的多元診斷軟件DTTQ2000,用于多因素相關(guān)條件下的診斷。而后者同時也考慮了上工序?qū)ο鹿ば虻挠绊憽?BR>    3. SPA
    SPA(Statistical Process Adjustment)即統(tǒng)計過程調(diào)整,是SPC發(fā)展的第三個階段。SPA可判斷出異常,告之異常發(fā)生在何處,因何而起,同時還給出調(diào)整方案或自動調(diào)整。SPA從90年開始提出,目前尚無實用性成果,正在發(fā)展之中。 4.接近零不合格品過程的SPC在通常的SPC中,控制對象是不合格品,在接近零不合格品過程中,大量產(chǎn)品為合格品,而不合格品僅偶而出現(xiàn),故控制對象也自然由不合格品數(shù)改換成為相鄰不合格品間的合格品數(shù)。從而引出一系列新理論,構(gòu)成了一個新學科。我國清華大學孫靜博士就是接近零不合格品過程的質(zhì)量控制專家,提出了多項達到國際水平的成果,如接近零不合格品過程的判異準則、判穩(wěn)準則,接近零不合格品過程的CUSUM控制圖、EWMA控制圖等成果。而CUSUM控制圖、EWMA控制圖遠優(yōu)于國外的兩階段控制圖法。
    如何在生產(chǎn)實踐中應用SPC
    SPC即指統(tǒng)計過程控制。它能科學地區(qū)分出生產(chǎn)過程中的偶然波動與異常波動,從而對生產(chǎn)過程的異常及時警告,以便人們采取措施,消除異常,恢復過程的穩(wěn)定。SPC強調(diào)全過程的預防,就是應用統(tǒng)計技術(shù)對過程中的各個階段進行監(jiān)控,從而達到改進與保證質(zhì)量的目的。
    SPC的特點是:
    1)SPC是全系統(tǒng)的、全過程的、要求全員參加,人人有責。這與全面質(zhì)量管理的精神完全一致。
    2)SPC強調(diào)用科學的方法(主要是數(shù)理統(tǒng)計技術(shù),尤其是控制圖理論)來保證全過程的預防。
    3)SPC不僅用于生產(chǎn)過程,而且可用于服務過程和一切管理過程。
    SPC的上述特點與2000版ISO9000要求的三個強調(diào):
    1)強調(diào)“把一切看成過程”;
    2)強調(diào)“預防”;
    3)強調(diào)“統(tǒng)計技術(shù)的應用是不可剪裁的”是一致的。因此,企業(yè)各級領導及質(zhì)量專業(yè)人士應該明確:SPC是推行ISO9000的基礎。
    一、 SPC在企業(yè)應用中的一般步驟
    1.技術(shù)培訓主要培訓SPC的重要性、正態(tài)分布等數(shù)理統(tǒng)計基本知識、質(zhì)量管理七種工具(其中特別要對控制圖深入學習)、兩種質(zhì)量診斷理論、如何制訂過程控制網(wǎng)圖、如何制訂過程控制標準等。
    2.確定關(guān)鍵變量(即關(guān)鍵質(zhì)量因素)
    a.對全廠的各道工序都要進行分析,找出對產(chǎn)品影響大的變量,即關(guān)鍵變量;b.列出過程控制網(wǎng)圖,即按工藝流程順序?qū)⒚康拦ば虻年P(guān)鍵變量在圖上標出。
    3.提出或改進規(guī)格標準a.對步驟2得到的每一個關(guān)鍵變量進行具體分析;b.對每個關(guān)鍵變量建立過程控制標準,并填寫過程控制標準表。
    4.編制控制標準手冊并予以落實將有關(guān)過程控制標準的文件編制成明確易懂、便于操作的手冊,讓各道工序使用。
    5.對過程進行統(tǒng)計監(jiān)控主要應用控制圖對過程進行監(jiān)控,使用中若發(fā)現(xiàn)控制標準有問題,則需要對控制標準手冊進行修訂。
    6.對過程異常進行診斷并采取措施解決問題a.可運用傳統(tǒng)的質(zhì)量管理方法,如七種工具,進行分析;b.可應用診斷理論,如兩種質(zhì)量診斷理論,進行分析和診斷;c.在診斷后的糾正過程中可能引出新的關(guān)鍵質(zhì)量因素,應及時反饋到步驟2、3、4.
    二、休哈特控制圖的種類、用途及應用控制圖需要考慮的問題
    根據(jù)國標GB4091,常規(guī)休哈特控制圖包括計量控制圖四種:均值—極差控制圖(Xbar—R)、均值—標準差控制圖(Xbar—Rs)、中位數(shù)—極差控制圖(Xmed—R)、單值—移動極差控制圖(x—Rs);計數(shù)控制圖四種:不合格品率控制圖(P)、不合格品數(shù)控制圖(Pn)、缺陷數(shù)控制圖(C)、單位缺陷數(shù)控制圖(U)。它們的用途分別是:
    1. Xbar—R控制圖是常用的基本控制圖。它適用于各種計量值。Xbar控制圖主要用于觀察分布的均值變化;R控制圖用于觀察分布的分散情況或變異度的變化,而Xbar—R控制圖則將兩者聯(lián)合運用,以觀察分布的變化。
    2. Xbar—Rs控制圖與Xbar—R控制圖相似,只是用標準差圖(s圖)代替極差圖(R圖)。極差計算簡便,故R圖得到廣泛應用,但當樣本容量較大時,應用極差估計總體標準差的效率降低,需要用s圖來代替R圖。
    3. Xmed—R控制圖與Xbar—R控制圖相比,只是用中位數(shù)代替均值圖。由于中位數(shù)的計算比均值簡單,所以多用于需在現(xiàn)場把測定數(shù)據(jù)直接記入控制圖的場合。
    4. x—Rs控制圖多用于:對每一個產(chǎn)品都進行檢驗,采用自動化檢查和測量的場合;取樣費時、檢驗昂貴的場合;樣品均勻,多抽樣也無太大意義的場合。由于它不象前三種控制圖那樣能取得較多的信息,所以它判斷過程的靈敏度要差一些。
    5. P控制圖用于控制對象為不合格品率或合格品率等計數(shù)值質(zhì)量指標的場合。應注意的是,在根據(jù)多種檢查項目綜合評定不合格品率的情況,當控制圖顯示異常時,難以找出異常的原因。因此,使用P圖時應選擇重要的檢查項目作為判斷不合格品的依據(jù)。常見的不良率有不合格品率、廢品率、交貨延遲率、各種差錯率等。
    6. Pn控制圖用于控制對象為不合格品數(shù)的場合。設n為樣本大小,P為不合格品率,Pn作為不合格品數(shù)控制圖的簡記記號,由于計算不合格品率需進行除法,比較麻煩,所以在樣品大小相同的情況下,用此圖比較方便。
    7. C控制圖用于控制一部機器、一個部件、一定長度、一定面積或任何一定的單位中(即樣本大小不變)所出現(xiàn)的缺陷數(shù)目,如布匹上的疵點數(shù)、鑄件上的砂眼數(shù)、機器設備的缺陷數(shù)或故障次數(shù)等。
    8. U控制圖。當樣本大小變化時,不宜用C控制圖,需換算為平均每單位的缺陷數(shù)后再使用U控制圖。
    應用控制圖需要考慮以下問題:
    1)控制圖用于何處?原則上講,對于任何過程,凡需要對質(zhì)量進行控制管理的場合都可以應用控制圖。但還應注意區(qū)分計數(shù)值和計量值,另外所控制的過程必須具有重復性,即具有統(tǒng)計規(guī)律,對于性或少數(shù)幾次的過程顯然難于應用控制圖進行控制。
    2)如何選擇控制對象?在使用控制圖時應選擇能代表過程的主要質(zhì)量指標作為控制對象。一個過程往往具有各種各樣的特性,需要選擇能夠真正代表過程情況的指標。如內(nèi)圓磨工序,應選擇內(nèi)徑尺寸偏差及變動量進行控制。
    3)怎樣選擇控制圖?首先應根據(jù)所控制質(zhì)量指標的數(shù)據(jù)性質(zhì)選擇采用計數(shù)或計量值控制圖中的一種。其次要確定過程中要控制的因素是單指標還是多指標,選擇用一元控制圖還是用多指標控制圖。后,還需要考慮其他要求,如檢出力大小、抽取樣品、取得數(shù)據(jù)的難易程度、是否經(jīng)濟等。
    4)如何分析控制圖?如果控制圖點子出界或界內(nèi)點子排列非隨機,則應認為生產(chǎn)過程失控。但在判斷過程失控前,應首先檢查樣品的取法是否隨機、數(shù)據(jù)的讀取是否正確、計算有無錯誤、描點有無差錯,然后再來調(diào)查生產(chǎn)過程方面的原因。
    5)對于點子出界或違反其他判斷判定準則的處理,應執(zhí)行“查出異因、采取措施、保證消除、不再出現(xiàn)、納入標準”的20字原則,立即追查原因,并采取措施防止它再次出現(xiàn)。否則,就不如不搞控制圖。
    6)一般來說,控制圖只能告警,而不能告訴引起異常的原因。要找出造成異常的原因,除根據(jù)生產(chǎn)和管理方面的技術(shù)與經(jīng)驗來解決外,應用“兩種質(zhì)量診斷理論”和“兩種質(zhì)量多元診斷理論”來診斷是十分有效的。
    7)控制圖的重新制定十分重要。控制圖是根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)下的條件(人員、設備、原材料、工藝方法、環(huán)境,即4M1E)來制定的。上述條件一旦發(fā)生變化,控制圖也必須重新加以制定。另外,控制圖在使用一段時間后,應重新抽取數(shù)據(jù),進行計算,加以檢驗。
    8)控制圖應加以妥善保管。控制圖的計算及日常的記錄都應作為技術(shù)資料加