SPC相关理论及在生产过程中的应用方法

二、SPC相关理论及在生产过程中的应用方法（一）过程、过程能力简介1.过程的概念根据ISO9000:2000标准的定义：过程是一组将输入转变为输出的相互联系和相互作用的活动。如图所示的是过程和各要素之间的关系。应注意到，1994年标准称过程是“资源和活动”。而2000年标准则指出，过程只是一种“活动”，但要求所有的过程都是增值的，即输出的价值必须大于输入的价值，资源的提供是为了保证过程的增值，包括人力、财力、物力和技术资源。同时强调一切过程必须在受控的条件下运行，保持过程的稳定性。对过程进行控制使过程增值，才使过程具有有效性。因此，对过程的分析和监控是十分重要的。2.过程能力和过程能力指数过程能力也叫工序能力，是指过程处于稳定受控状态时，生产出来的产品品质能够达到标准要求的能力，用来衡量加工过程中产品质量内在一致性。过程能力即实现过程目标的能力，它取决于组织的技术能力和水平，由影响质量的人、机、料、法、环、测等，与公差（规格质量）无关。过程能力是指过程能力满足规格质量要求的程度。人们常以标准差为基础来表征过程能力的大小，越小过程能力就越强。人们为了反映和衡量工序能力满足技术要求的程度，引入了工序能力指数的概念。过程能力指数是指加工质量标准语工序能力的比值，用符号Cp表示：即:（1）过程质量分布中心与公差带中心M重合过程质量分布中心与公差带中心M不重合式中，，为实际过程分布中心，M为公差带中心，。3.过程能力评价过程能力指数客观且定量地反映了工序能力满足质量标准的程度。在实际生产过程中，可以根据过程能力指数的大小对过程的加工能力进行分析和评价，以便采取相应的措施。对过程能力的评价可以按照下表的标准。类型CpP（%）过程能力判断参考措施特级加工Cp＞1.67p﹤0.00006过程能力过剩如需要继续提高质量水平，可将公差范围缩小；或减轻检验工作，降低加工精度来节约成本1级加工1.67≥Cp＞1.330.0006≤p＜0.006过程能力充足根据现在的过程进行标准化作业，可以简略非关键过程的质量检查，减少检查次数，但仍需要正常的监控2级加工1.33≥Cp＞1.000.006≤p＜0.27过程能力一般过程需要采取措施加以控制，加强质量检验力度3级加工1.00≥Cp＞0.670.27≤p＜4.55过程能力不足对过程进行分析以提高过程能力，对已生产产品进行全数检验，挑出不良品，改善过程中增强检查力度4级加工Cp≤0.67p≥4.55无过程能力应该停止该生产过程，马上分析整个的程出现的问题，对生产的产品全检，改善后应进行试生产，过程能力恢复正常后方能进行正常的生产作业（二）统计过程控制（SPC）理论1.统计过程控制的定义和理论要点（1）产品质量的统计思想统计过程控制（SPC）是利用数理统计的方法，监控整个生产过程，为发现问题和过程改善提供数据依据，进而实现产品质量保证的目的。SPC以预防为中心思想，监控全过程防止质量问题的发生。它主要运用数理统计的方法，常用控制图来体现过程的波动情况，直观易懂，使得过程中全员得以参与质量管理活动，强调采用科学方法来达到质量控制的目的。统计过程控制的理论要点有：（2）保持持过程受控状态生产过程在受控状态时，影响质量波动的只有随机因素而没有异常因素。这种状态下生产过程生产出来的产品质量可靠性很高，质量管理成本也会降到最小，所以统计过程控制要求生产过程一直保持在过程受控状态。（3）主要解决异常因素引起过程质量波动的因素可以分为随机因素和异常因素。随机因素出现的概率很小，对产品质量的影响比较小，通常比较难识别出来，消除工作比较困难也浪费成本。异常因素必然是过程出现问题引起，需要质量管理人员及时的发现，马上采取行动改善过程，消除异常因素，达到有效管理质量的目的。（4）强调预防质量问题的发生应用控制图对全过程进行监控，在生产过程生产不良产品之前，及时发现异常因素的出现，采取行动消除异常因素，将消除异常因素的措施纳入“标准”，也预防了同样的异常因素不再发生。（5）诊断理论是SPC的重要发展休哈特的控制图可以监控全过程的状态，提醒异常因素的出现，但不能帮助我们知晓异常因素为什么会发生，过程中失效的因素具体位置在哪里，诊断理论为我们排查异常原因提供了指导。（6）强调系统性统计过程控制强调全过程监控，全系统参与，它不是仅分析一个过程的异常，而是从全过程的、上下工序的联系中分析。SPC的预防作用只有在过程中全员认识SPC，全员有意识利用SPC监视过程才能实现。（三）统计过程控制（SPC）实施步骤1.SPC方法相关知识的培训实施SPC方法时对人员进行SPC基本知识的讲解，了解正态分布等基本统计理论和产品质量的变异性，说明SPC在过程质量控制中的重要作用，指出实施SPC具体目标，要求熟练运用质量管理的新老七种工具，特别是休哈特控制图。还有制定工艺流程图和工序控制标准的方法等。找出关键因素对整个生产过程和每道工序进行分析，使用因果图可以很直观的表现出它们之间的联系，收集资料，找出影响生产过程，引起质量不良波动的最主要的因素，这时可以使用七种质量管理工具中的排列图来帮助分析。规定实施控制的规格对每个关键因素进行分析后，评价生产过程的实际生产水平，计算质量控制成本，选择实施控制的合适的规格，或直接根据客户要求制订控制的标准。对生产过程进行监控使用休哈特控制图对生产过程进行监控。对关键因素进行科学的数据收集和统计，制作控制图，可以清楚的知晓关键因素是否处于受控状态，是否有异常因素的出现。工序诊断如出现异常因素，根据工序诊断理论对异常因素进行分析，可以从影响产品质量的六大因素方面进行排查，确定具体原因后采取措施对过程进行控制使其恢复到正常良好的状态。（三）控制图理论1.控制图基本概念控制图是用来分析和判断过程是不是处在受控状态的图形工具。它能监控和反映出生产过程中的质量波动情况，因此人们可以通过控制图判断加工过程是否有异常因素的出现。20世纪20年代控制图由美国质量管理专家休哈特提出，几十年来得到不断的发展和改善，现在已成为过程质量控制的主要方法之一。控制图的基本形式如下图所示:质量特性值UCL质量特性值UCLLCLCL从图中可以看出，它是由平面直角坐标系构成，纵坐标表示需要控制的质量特性值，横坐标为样本号或者是时间。图中还有3条平行于横轴的控制界限。处于中间的实线是中心线，符号记为CL，表示质量特性的规格或标准。两条虚线分别是上控制界限UCL和下控制界限LCL，反映了控制的公差范围。图中连线的点是根据抽样检验取得的质量特性数据，在控制图对应样本号的地方描点，再连接起来得到一条折线。控制图制作完成后就可以通过分析折线的形状和变化趋势，就能够了解过程的质量波动情况。2.控制图的分类控制图按用途分类可以分为分析用控制图和控制用控制图。分析用控制图就是对已经发生的生产过程进行质量特性值的抽样制作而成的控制图，用来进行分析该过程的质量状态时否稳定。控制用控制图是在确认生产过程已经处于良好受控情况下，将之前分析用的控制图的界限延长得到的控制图，用于对生产过程进行即时的控制。按控制图控制的质量特性数据的性质分可以分为计数值控制图和计量值控制图。计量值控制图常见的有均值-极差控制图、均值-标准差控制图、中位数-极差控制图、单值-移动极差控制图。计数值控制图有不合格率控制图、不合格数控制图、单位缺陷控制图、缺陷数控制图。3.控制界限的计算上述的几种控制图已经标准化，详细参见国家标准GB/T4091-2001.控制界限可以直接参照下表计算：质量数据性质控制图名称图名中心线控制界限应用范围均值-极差控制图图应用于计量值数据控制，检出异常因素的能力很强R图,均值-标准差控制图图用于计量值数据的控制，发现异常的能力最强S图,中位数-极差控制图用于计量值数据控制，检验时间应该短于加工时间R图,单值-移动极差控制图图应用在对计量值数据进行控制，适合在一定时间只能采集一个数据的场合不合格率控制图P图可应用于关键产品全检的场合不合格数控制图用于零部件的样本容量一定的场合电子元件生产存在的问题（一）电子元件质量问题频发电子元件是电子设备生产的基础，又处于整个电子设备生产的最前端，是保证电子设备质量的首要前提。由于电子元件本身或引发的质量问题在电子厂的产品不良率中占有很大的比重。通过调查统计，康舒公司下半年的不良情况如下表:七月八月九月十月十一月十二月总计材料24244117工法336214制程13116设计33共计40从以上图表可以看出，康舒科技公司下半年发生的不良共40件。其中因材料问题引起的有17件，所占的比重是42%。所以经电子元件车间生产加工或外购的材料存在较为明显的质量问题，急需对电子元件车间的质量管理和控制进行改善。（二）电感不良率最高为了尽快解决电子元件车间的质量问题，提高工作效率，第一步需要深入了解现在车间的生产情况，对生产不良率比较高的制程进行控制和改善，减少不良品继续流出，避免影响后续工艺程序及给公司的声誉带来严重影响。经调查统计，2013年第四季度的生产情况表如下：电子元件电容电阻IC电位器电感变压器二级管产量385509866325103268284782693393327114925247不良率0.25%0.36%0.19%0.17%0.44%0.29%0.08%3σ3σ从上表可以看出电子元件车间的质量水平在3σ左右，电阻和电感的不良率较高，已经低于3σ的水平，说明这两种电子元件的质量情况已掉出正常水平，需要立即对其制程进行调查控制和改善。因电感不良率最高，故本文选定电感作为分析改善的对象。（三）电感PIN脚尺寸不良严重电子元件车间生产的电感常见的的质量问题一般有以下几种：PIN脚不良、漏感（LK值）不良、电感（L值）不良、耐压不良。以下是电感的不良影响表：不良项目不良影响PIN脚不良无法对准PCB板上专门的插孔，使插入困难；漏感不良漏感是一种没有利用到的电感，漏感越大，损失的能量越多，产品的利用率低。电感不良电感高低会影响到其使用的输出电压，影响产品的使用效率，电感低会导致加负载后无法启动，电感高会烧机耐压不良耐压是电容能承受的最大电压，超过耐压会导致爆炸。由于电感的四种质量问题的严重性存在差异，我们需要进一步统计分析出最严重最关键的不良问题，进行对症下药。第四季度的电感质量问题统计表如下：质量问题PIN脚不良漏感不良电感不良耐压不良不良总数投产数693393693393693393693393不良数265825689362949不良比重87%8.6%3%1.4%PIN脚尺寸不良PIN脚尺寸不良良品电感PIN脚尺寸不良原因分析在着手对电感发生不良的情况进行原因分析之前，对电感全过程所进行概略的分析，以便对生产过程进行简略到全面的了解，从宏观上发现问题，为后面的具体分析作准备。以下是电感生产的工艺流程图：原材料原材料IQC进料检验绕线组装基座点胶含浸整脚量尺寸测试电性外观检验测试耐压包装找出失控工序图中用颜色标记的是加工过程中有可能影响到PIN脚的三个工序。因此需主要对这三个工序进行详细的分析来找出影响质量的因素。本文将采用Cpk评价技术评价这三个工艺流程的质量受控情况，如果评价结果是加工过程失控，则说明在电感制造过程中是该流程出现了质量波动，需对该工序进行调查分析。以下是对三个相关工序每个工序随机抽取30个电感进行PIN脚尺寸进行测量。电感PIN脚的尺寸规格为15±0.2mm，上限Tu=15.2，下限TL=14.8.1.IQC进料检验工序Cpk的计算15.0614.9715.0315.0214.9815.0514.9815.0515.0415.0415.0615.0414.9714.9915.0315.0415.0515.0314.9915.0614.9715.0514.9715.0615.0414.9715.0415.0514.9814.99由以上数据得：μ=15.02,S=0.034所以μ≠M，故公差中心与实际分布中心不重合。2.组装基座工序Cpk的计算15.0015.0015.0015.0215.3015.0115.3215.0115.2015.1914.9915.2315.0014.9915.0114.9915.2815.2315.2115.0114.9915.0015.0115.2215.2115.2615.2315.0115.0014.99由以上数据得：μ=15.097,S=0.123所以μ≠M，故公差中心与实际分布中心不重合。3.整脚工序Cpk的计算15.1315.0015.0015.0215.0115.2015.1915.2415.0115.0014.9915.0015.1914.9915.1915.1914.9915.1915.0015.0115.2115.0015.0115.0015.0015.2315.2615.2615.0014.99由以上数据得：μ=15.083,S=0.105所以μ≠M，故公差中心与实际分布中心不重合。4.三个相关工序Cpk的评价工序能力低于失控界限的工序即为失控工序。由上图可以看出，组装和整脚工序能力很低，加工生产过程已经失控，过程能力严重不足，不能允许继续生产，需进行工序生产过程失控原因分析，对产线的进行改善后试加工，确认过程能力正常后才能进行正常生产，对现在已生产的电感进行全检。建立整脚工序分析用控制图分析我们选择用控制图来作整脚工序的生产过程分析，因为它常用于控制对象为长度、重量、强度、纯度、时间和生产量等计量值的场合。图主要用于观察质量特性值均值的变化，R图用于观察质量特性值分散程度的变化。随机抽取近期生产的25组PIN脚尺寸样本，每个样本包含5个PIN脚尺寸的观察值：12345求和均值MAXMIN极差115.1315.0015.0015.0215.0175.1615.03215.1315.000.13215.215.1915.2415.0115.0075.6415.12815.2415.000.24314.9915.0015.1914.9915.1975.3615.07215.1914.990.2415.1914.9915.1915.0015.0175.3815.07615.1914.990.2515.2115.0015.0115.0015.0075.2215.04415.2115.000.21615.2315.2615.2615.0014.9975.7415.14815.2614.990.27715.0715.1114.9815.0815.0975.3315.06615.1114.980.13814.9715.0414.9714.9814.9774.9314.98615.0414.970.07915.0715.0214.9814.9815.0375.0815.01615.0714.980.091015.0715.1115.0314.9815.0675.2515.0515.1114.980.131114.9915.0715.0914.9814.9775.1015.0215.0914.970.121214.9815.0414.9915.1215.0375.1615.03215.1214.980.141315.0915.0415.0114.9914.9875.1115.02215.0914.980.111415.1215.0915.0615.1115.0975.4715.09415.1215.060.061514.9915.2014.9714.9914.9775.1215.02415.2014.970.231615.0715.2015.2014.9815.3075.7515.1515.3014.980.321715.2115.1115.2214.9815.0675.5815.11615.2214.980.241814.9915.0715.1114.9815.1975.3415.06815.1914.980.211914.9815.0415.0315.1215.0375.2015.0415.1214.980.142015.0915.0415.0715.0014.9875.1815.03615.0914.980.112115.1915.1915.0815.1515.1675.7715.15415.1915.080.112215.1615.0915.215.1815.2175.8415.16815.2115.090.122315.1115.2115.1315.215.0875.7315.14615.2115.080.132415.1915.1215.1315.1315.1375.7015.1415.1915.120.072515.0915.1915.1915.1715.2175.8515.1715.2115.090.12计算每一组样本的平均值，计入表中；计算每一组样本的极差，计入表中；计算25组样本平均值的总平均值，；计算25组样本的平均极差；计算图和R图的控制界限。由表，当n=5时，可查得：A2=0.577，D4=2.115，D3不考虑，所以：图的控制界限CL=R图的控制界限UCL=D4R=2.1150.157=0.33CL==0.157根据所计算的图和R图的控制界限数值，分别建立两个图的坐标系，并对坐标轴进行刻度。分别以各组的数据的统计量样本号相对应的一组数据，在控制图上打点，连线，即得到分析用控制图。ABCCBAUCLUCLCL321ABCCBAUCLUCLCL321ABCCBAUCLCL2ABCCBAUCLCL2对图中的异常点进行工序失控原因分析。一共有三类异常。第1类异常属于八种变异的第一种：只有一个点落在控制界限外，由于生产过程发生很大的突变引起，发生这种情况的概率很低，很有可能是偶发事件，如设备参数调整不对、设备故障、电感型号辨别错误、人员疏忽、操作失误。第2类属于第三种异常，连续六点递减。出现这种情况可能是设备、工具逐渐磨损或操作者疲劳等原因造成的。第3类属于第六种异常，连续5点中有4点落在中心线同一侧C区以外。出现这种情况可能是过程偏移，量具需要调整或设备不稳定等原因造成的。所以分析用控制图分析的结果指导我们重点排查分析设备运行是否稳定，机器工具是否有磨损、操作和检验人员的工作是否到位，再进行其他方面原因的分析。（四）整脚工序引起PIN脚尺寸不良的设备因素的分析整脚工序是由单人操作机器完成的。加工人员进行操作时，先调节好整脚机的振动频率，把电感PIN脚朝下插入插孔孔中，整脚板孔径的大小，直接影响到PIN距和排距的偏差，因而决定整脚机整脚后电感PIN脚的尺寸是否在规格内。启动机器后会左右振动，振动会提供作用力，插入孔中PIN脚会受到孔的作用力而达到整脚的效果。自动整脚完毕后操作人员将整脚完成的电感拔出，放入下一个需整脚的电感继续操作。如图所示：PIN脚插孔PIN脚插孔整脚板排距PIN距整脚板排距PIN距整脚机频率调节旋钮整脚机频率调节旋钮整脚机振动方向整脚机振动方向排距受此方向作用力，以达到规格值PIN距受此方向作用力，以达到规格值排距受此方向作用力，以达到规格值PIN距受此方向作用力，以达到规格值整脚机振动频率大小直接影响PIN针受力大小，而最终决定整脚尺寸是否达到规格值整脚机振动频率大小直接影响PIN针受力大小，而最终决定整脚尺寸是否达到规格值经过对整脚机的检查，我们发现了影响电感PIN脚整脚尺寸不良的原因：影响PIN脚尺寸不良的设备问题1整脚板使用时间过长，孔径磨损变大，孔径超出规格（一般为1.0+/-0.3mm）而未及时更换，致使整脚后产品PIN距偏差过大，整脚效果失效；2整脚时振动的频率较低，PIN脚受力不足，整脚效果差；整脚机的频率调节旋钮缺少档次和振动频率对应的相关说明。引起整脚工序PIN脚尺寸不良的人为失误设备出现问题归根到底还是进行操作和管理的人的疏忽和失误。在对整脚工序的操作人员进行观察时我们发现在设置整脚机频率时，操作人员只是按照自己触碰整脚机振动时的手感和经验设定振动频率，通过了解后得知车间并没有与每种型号电感型号对应的振动频率档次规定，而且现有的档次所对应的频率没有经过评估和确认，使得操作人员不能精确调节整脚机的振动频率。还有，在首次开机时或整脚不同型号电感需要变更整脚机频率时，加工人员没有确认整脚效果及判定频率是否合适。管理人员不能及时获知加工过程中发生的情况，现场的加工人员缺乏发现和及时上报问题的意识，依赖管理人员在巡查时发现和处理问题。组装工序PIN脚尺寸不良原因分析组装基座工序全部是手工操作，和上述整脚工序对造成尺寸不良的原因分析一样（此处略），我们排查出来的原因如下表：1缠脚的铜线较粗，手工缠脚需要一定的技术和持续专注及用力，体力和脑力负荷会影响加工人员的情绪和操作水平2新人作业和缠脚手法不规范，缠脚后未用整脚钳整直表形的PIN针，PIN针受力发生外倾车间质量管理方法需改进1.质量检验工作困难且效果不明显检验属于事后把关，只能分辨出不合格品，不能起到预防和控制的作用。批量接收检验方法是为产品定一个可以接收的界限，这批产品只有合格接收或者不合格拒收两个评价。但是随着电子产业发展的规模化，由于电子行业的工业标准和生产水平已经是非常成熟了，国际上已经几乎达到每次常规批量抽检都能通过的程度，在这种情况下还采用批量接收检验的方法就不能确定不同厂商，不同批次的电子元件之间存在的品质区别，因而对外不能为选择更好的材料和供应商提供依据，对内不能及时发现存在的质量问题，缺乏改进的方向和动力。另外，电子元件的种类，批量巨大，检验人员需对电子元件的厂外进料，加工，投放车间等过程都要进行抽验和点检，甚至全检，花费大量的人力成本，还会引起检验人员的厌烦和不满。在需要进行破坏性检验和某些电子元件因质量特性不能全数检验的情况下更不能保证整批电子元件的质量。没有充分发挥非检验人员的作用的积极性。2.现行质量检验接收可靠性不高车间会对数据进行采集和积累以作为车间生产稳定的依据，这种做法需要较长的一段时间，否则不能对电子元件的质量和可靠性做出评价。不仅具有滞后性，不能立即做出评价，在新产品投入生产时更不能提供任何依据，而且单纯的数据只代表过去的质量情况，也不能代表未来的产品质量。还有，数据的专业性可能会使非专业人员难以看懂，数据采集时因为人为的因素使得数据的准确性没有得到保证，甚至虚报现象严重。因此，需要有科学的方法去验证数据和更充分的发挥数据的作用。产线上会出现前面的工站/车间检验测试通过，而在后面的某一工站/车间检测出问题，问题又会指向前面工站的失误。品质人员在追查品质问题有时要花大量的时间去询问各个工站或者各部门人员甚至要召集主管开会才能判定原因。这将大大的降低工作的效率。电感PIN脚尺寸不良改善对策根据以上对电感PIN脚不良情况进行的原因分析，我们针对每个问题制定相应的对策:序号问题对策一整脚板磨损整脚板申请外购制作，要求经过热处理，以加强整脚板的耐磨性。要求每日开机前对整脚治具做确认孔径有无磨损及孔距有无偏差，PIN脚能否轻松插入。品质管理人员每2小时点检一次整脚后产品其PIN距尺寸有无在规格范围。二整脚机频率低PE调试整脚机电位旋钮，制定电位档次，对整脚机的振动频率进行评估，制作频率测试表。QA规定和制作每种电感整脚频率档次对应表，以便作业员直观调试。3.短期内加大品管点检力度，每次调机后先整脚一批电感确认PIN脚尺寸是否在规格4.收集改善后产品PIN距数据，统计分析变异度；三缠脚作业疲劳指定合适的工作任务和宽放时间四缠脚手法未规范规范缠脚手法，要求组装人员挂PIN脚时以PIN针为中心围绕其圆周绕线，满圈压合后，必须整直PIN针，使其恢复到规格范围内五制程信息获取和监控迟延和质量管理方法落后根据上述方法应用SPC监控和评价生产过程，从每个生产线中选择关键的质量特性，每天每隔两个小时进行数据抽样，在控制用控制图上按时打点，把控制图作为重要的质量记录，利用控制图预防质量问题的发生，快速发现、分析和解决质量问题。改善效果验证对问题进行改善后，再对新生产的电感进行抽样检验成功，抽取25组的电感PIN脚尺寸样本如下表：12345均值MAXMIN极差115.1115.0315.0015.0215.0015.03215.1115.000.11214.9915.0715.0615.0114.9915.02415.0714.990.08315.0315.0914.9915.1015.0815.05815.1014.990.11415.0014.9915.0414.9915.0415.01215