SPC在煙葉打葉復烤質量控制中的運用與分析

周玉新，劉余里

(重慶金益煙草有限責任公司，重慶 409600)

煙葉打葉復烤企業是典型的加工制造型企業。如何不斷地提高加工過程能力，為卷煙工業提供更加優質的產品，是擺在打葉復烤企業面前最現實、最基本的問題。目前，大多數打葉復烤企業質量控制還處于質量檢驗階段，過程控制比較簡單、粗放，不能及時有效地發現過程出現的問題，極易產生不合格產品，加工過程控制水平亟待提高。統計過程控制簡稱SPC，旨在搜集過程有關性能的信息，對過程采取措施，防止不合格產品發生，通過持續地改進，不斷提高過程控制能力，從而提升產品質量。目前，國內煙葉打葉復烤企業將SPC技術運用到質量控制上的還很少，本研究以質量控制的分析過程、維護過程、改進過程三個階段為基點，結合我公司的實踐情況，進一步闡述SPC在煙葉打葉復烤中的實踐與運用，擬為煙葉打葉復烤企業建立SPC體系提供理論支持［1］。

一、打葉復烤質量控制中的SPC理論與實踐

“持續改進我們的過程，不斷滿足客戶的需求”是我們經常聽到的口號，那么如何持續改進過程，這就需要運用科學、系統的方法。大家都知道PDCA循環，它是我們解決問題最簡單的一種方法，改進過程同樣如此?，F代質量控制理論將持續改進過程分為分析過程、維護過程和改進過程三個階段。三個階段是一個循環，每循環一次，過程改進一次，最終實現產品質量的不斷提升。下面以這三個階段為基點，闡述SPC在煙葉打葉復烤中的運用。

(一)分析過程

首先，要全面認識過程，SPC講究的是站在系統的角度去審視過程，識別過程中若干子過程的相互關系，經濟地減少過程變差，以達到維護和改進過程輸出。就煙葉打葉復烤過程而言，其由若干個工序(子過程)組成，各道工序既有獨立的工藝任務，又相互影響彼此關聯，是個有機的過程鏈。然而在實際的過程控制中，我們更傾向于完成各道工序自身的工藝任務，卻忽視了對相關工序的影響，這對整個過程的控制與改進是極為不利的。對每道工序來說，你應該給相關工序帶來什么?你為相關工序帶來了什么?這是值得思考的兩個問題。為此，要識別各道工序的相互關系，樹立立足本職工序，服務相關工序的控制思想，并通過有效的考核來加強工序控制間的良性互動，提高整個加工過程的控制水平。

煙葉打葉復烤是一個不斷變化的過程，原料存在變差，人員(操作、檢驗)存在變差，設備存在變差，方法存在變差，環境存在變差，種種變化，唯一不變的就是變差的存在。正是因為變差的存在，才產生了產品質量特性值(如大中片率、水分值等)的變化，變差產生了產品的偏差。我們總是試圖提高產品質量，這就需要解決和減少過程變差。當然首先要了解變差產生的原因，這就需要區分變差的普通原因和特殊原因。

普通原因指的是造成隨著時間的推移具有穩定的且可重復分布過程變差的原因，我們稱之為“受控狀態”。普通原因表現為一個穩定系統的偶然原因。只有變差的普通原因存在且不改變時，過程的輸出才是可以預測的［2］。

打葉復烤各項質量指標(大中片率、葉中含梗率、片煙水分值等)均為計量值數據，受控狀態下形成的是正態分布(圖1)。

圖1 變差普通原因形成的成品水分值分布

特殊原因指的是造成不是始終作用于過程變差的原因，即當它們出現時將造成過程的分布改變。除非特殊原因被查出來并且采取了措施，否則它們將繼續用不可預測的方式來影響過程的輸出(圖2)。

圖2 變差特殊原因可能形成的成品水分值分布

假設成品水分值形成圖2的雙峰分布，過程可能的存在特殊原因:一是操作人員改變了水分控制中線，二是來料水分發生了異常變化(原料批次水分、潤葉水分、真空回潮水分等引起)，三是其他原因。只有查明上述可能存在的特殊原因，有針對地采取措施，消除或隔離它們，否則它們將繼續用不可預測的方式來影響過程的輸出，而往往這種不可預測的分布伴隨的是不合格品的產生［3］。

世界級質量大師朱蘭博士提出:過程問題中有15%是變差的特殊原因引起，有85%是變差的普通原因引起。消除變差的特殊原因需采取局部措施，由操作人員實施解決;消除變差的普通原因需對系統采取措施，由管理層實施解決［4］。

下面結合實例，說明如何區分變差的特殊原因和普通原因及應采取的措施。

例1，潤葉工序操作人員為了提高打葉效率，將潤葉水分提高了約1.5%，這使得烤片來料水分提高了約1%，但烤片工序操作人員沒能及時調整，結果導致成品水分出現異常。對烤片工序來說，來料水分大幅升高是過程變差的特殊原因，為了消除這一特殊原因，操作人員采取了提高烤區溫度的局部措施，最終使成品水分恢復了正常。這便是對變差的特殊原因采取局部措施，由操作人員實施解決。

例2，2006烤季前我公司葉片結構中的＜3.18 mm率指標經常超標，為了解決這一問題，操作人員充分發揮主觀能動性反復調整，但始終無法解決此問題。后來在管理層的努力下，對一打實施了技術改造，結果葉片結構中的＜3.18 mm率明顯改善，基本解決了＜3.18 mm率超標現象。這個例子說明“＜3.18 mm率超標”是由變差的普通原因引起，因此操作人員無法采取局部措施來消除它，只有通過管理層對系統采取措施方能消除。

只有全面地認識過程，理解了過程變差產生的兩個原因及應采取的措施，才能科學地分析過程。分析過程需要編制《過程分析圖》，解決以下問題:

一是本過程應做什么;

二是會出現什么問題:

——本過程會有哪些變化?

——引起這些變化的變差是特殊原因還是普通原因?

——統計變差各項特殊原因發生的概率大小?

——消除這些變差特殊原因有哪些相應的局部措施?誰去做?

三是過程是否受控，處于受控狀態下的過程能力［5］。

關于上述的第三點，理論上只要顧客公差范圍一致，在分析過程能力時，是不必考慮原料變差的。然而由于打葉復烤企業的特殊性，原料是農產品，而且進行了分級處理，原料變差太大，不考慮原料變差分析得出的過程能力是不具備任何指導意義的。因此必須對原料進行分組，依據分組的數據，分析在不同原料下過程的當前能力。這樣得出的過程當前能力，在下一階段的維護過程才更具現實指導意義。目前，在我公司實踐過程中，分組原則主要是依據原料的耐打性能及吸濕性能。

(二)維護過程

一旦對過程有了較好的認識與分析，就必須使過程維持在一定的當前能力水平上。過程是動態的并且會變化，因此必須監控過程的性能，并采取有效的措施來防止過程發生不希望的變化，同時必須了解所希望的變化并使之保持穩定。控制圖是有效監控過程的工具之一，目前控制圖技術有兩個分支:傳統控制圖和預控圖。

由于打葉復烤加工過程的特殊性:原料是農產品，變差性大，且每個加工批次生產規模小，檢測樣本量少。根據打葉復烤實際，我公司選擇了簡單、經濟，適合小規模生產，α風險(棄真概率)和β風險(取偽概率)相對較小的預控圖(圖3)。

打葉復烤過程易產生不合格品，且不合格品難以處置，返工處理會造成很大經濟損失。那么當所使用的工具表明過程已改變(出現變差的特殊原因)，如何及時采取有效的局部措施消除或隔離它們，是擺在我們面前十分迫切的問題。解決這一問題，首先需要我們很好地分析過程，當然僅僅靠分析過程得出的結果是不夠的;其次是通過有效的考核體系，將維護過程與日常的質量自檢、專檢，設備的巡檢、點檢、維修、保養等規定相結合，以達到對人的考核與激勵。當控制圖發現過程某項參數有異常時，相關人員能迅速根據《過程分析圖》“對號入座”找到可能存在的變差特殊原因，再按發生概率的大小，逐一排查，當查明原因后，及時采取對應的局部措施處置，以消除或隔離它們。

圖3 成品水分控制

過程質量指標的科學合理控制，是維護過程的核心工作。下面結合我公司實踐，談談葉中含梗率、成品水分值兩個關鍵指標的控制。

葉中含梗率是一項關鍵性指標，它既是顧客關注的質量指標，又是影響產品經濟指標的關鍵因素。我們在控制中把握了三性:充分性(滿足顧客公差規格)、穩定性(偏差小)、合理性(在質量與經濟指標之間找到一個平衡點)。如圖4，目前我們采取的是3σ控制模式，即根據顧客的公差規格(單邊規格)減去3σ作為過程控制的中線，σ的值是依據對過程能力的分組分析結果，因此相對準確、合理。有了控制中線后，我們結合正態分布對指標進行控制并考核:控制中線±σ為良好，控制中線±σ與±2σ之間為一般，控制中線±2σ與±3σ之間為差，控制中線±3σ之外為不合格。通過這樣的控制及考核模式，使葉含梗的控制更加科學、合理，以求達到滿足上述三性的效果。我公司大片率、碎片率等指標在控制與考核時，同樣也采用了上述的模式。

圖4 葉中含梗率的控制與考核

如圖5，成品水分的控制主要依據三性:充分性、穩定性、安全性。目前客戶制定的公差范圍都是在充分考慮安全性的基礎上，在國家標準基礎上進行了壓縮，主要有兩類公差范圍:11.5～12.5或11～12.5。下面根據客戶要求，對復烤工序能力情況進行分析:

圖5 成品水分的控制與考核

當客戶水分標準為11.5～12.5，得出 T=1，要達到3σ控制水平(即Cpk≥1，不合格品率≤0.27%)，若不考慮 ε的影響，則σ至少應≤≈0.167。就目前而言，復烤設備加工精度是無法到達 σ≤0.167，且由于 ε的存在，當T=1時，Cpk一般小于0.67，過程不合格品率一般大于4.56%，甚至加工有些低次煙葉時候高達10%以上，過程能力嚴重不足。

當客戶水分標準為 11～12.5，得出 T=1.5，要達到3σ控制水平，若不考慮ε的影響，則σ至少應≤0.25。就目前而言，要達到σ≤0.25是可以實現的，但由于 ε 的存在，當 T=1.5 時，Cpk一般在0.67 ～1，不合格品率在4.56% ～0.27%，過程能力不充分。

當按國家標準11－13，得出 T=2，要達到3σ控制水平，若不考慮ε的影響，則σ至少應≤，就目前而言，要達到σ≤0.33是容易實現的，考慮到ε的存在，當T=2 時，Cpk一般在1 ～1.33，不合格品率小于0.27%，過程能力滿足要求。

通過分析可以看出，當前復烤工序能力指數是不足的。在工序能力不足的情況下，只有當控制中心與公差中心重合時Cpk=Cp(ε=0)取最大值，即過程產生不合格品概率最小。當然在控制中，實際的過程中心基本不可能與規定的控制中心重合，總會產生一定偏移(ε)。ε越小，Cpk越大。需要說明的是，正常范圍的ε值是合理的，屬于變差普通原因，可以接受，不需采取措施消除;若ε過大，則有可能是操作人員沒有找準控制中心，屬變差特殊原因，應及時采取措施消除。在我公司的控制與考核中，當ε＞0.25則不予得分，實質上是對特殊原因引起偏差的一種懲罰。運用ε值對工序的考核，是一種增函數模型，實質上是對積極采取措施維護過程的一種激勵。

烤片工序的控制與考核，樣本的標準偏差(σ)，是一個十分關鍵的數據，σ直接關系到過程能力的水平。一般來說，σ越小過程能力水平越高，控制水平越穩定，σ越大過程能力水平越低，控制水平越不穩定。因此我司的烤片工序的控制是將σ、ε相結合。

(三)改進過程

這里談的改進過程，是指通過管理層對系統采取措施，減少或改善變差的普通原因，只有到達這一階段，才是真正地提高了產品質量。

改進過程，首先要了解過程變差普通原因及分布情況。SPC不僅能發現過程變差的特殊原因，也能指明過程變差的普通原因及分布情況，這就為管理層對系統采取措施提供了大量寶貴的數據。譬如SPC對當前過程某一質量特性值分布寬度、中心及狀態的指明，運用這些數據，有助于管理層科學的選題、調查現狀、設定目標、分析原因、確定要因、制定對策等技術公關活動的開展。當過程得以改進后，則又循環到分析過程階段［5］。

當然SPC只能幫助我們分析出變差普通原因的分布情況，至于如何解決變差普通原因，這就需要使用更先進的工具，例如試驗設計及更先進的控制圖，更要靠強大的資源支持。然而任何一個公司的資源都是有限的，從產品滿足客戶實際效用方面及企業的自身利益來說，打葉復烤企業目前更應關注的是分析過程、維護過程兩個階段，這更符合我們的實際狀況，而SPC的最大優勢便是在這兩個階段中的出色發揮。

二、打葉復烤質量控制中建立SPC體系的要點及難點

(一)建立過程數據庫是SPC實施的前提

SPC的實施需要大量的數據積累，用于分析過程階段，只有正確識別了過程所處的當前能力水平，才能談維護和改進過程。

首先是數據的搜集。一是保證數據搜集的全面性，不僅要收集產品的質量數據，還要搜集設備運行參數。二是保證數據收集的時效性和可追溯性:1)產品的質量數據應一一對應當時的設備運行參數。2)每個檢測周期內，各個工序所檢測的半成品或成品盡可能是同一批原料，以保證數據的可追溯性。這是整個數據收集的難點和關鍵，若無法做好這項工作，則數據質量將大打折扣，直接影響到今后的分析結果。實踐中我司采用的方法是，詳細測量整個加工過程物料通過每個工序點的時間，然后按照物料通過各個工序的時間點來制定各個工序的檢測時間，以保證我們在同一檢測周期內，搜集到的各個工序質量數據來源于同一時段原料。

其次是數據的整理。有了過程的大量數據，還必須對數據進行分析整理。在搜集的大量過程數據里，存在兩大類數據，第一類是受控狀態下的數據，此時過程只有變差的普通原因，第二類是非受控狀態下的數據，此時過程存在變差的特殊原因。因此，分析過程的當前能力水平，只能選用第一類數據，這樣得出的能力水平才是我們需要維護的標準。而在分析過程變差的特殊原因及影響程度時，則需要選擇二類數據。

(二)過程控制指標相關性分析是SPC實施的基礎

打葉復烤各項指標間，相互關聯，彼此影響，我們必須通過對各項指標間量化分析，發現其中的規律。首先是對質量指標之間的相關性分析，分析出影響產品質量的關鍵指標。其次是對關鍵(質量)指標與設備參數之間進行分析，分析出影響產品質量的關鍵設備參數及相互關系。只有對指標間相關性有了較好的理解，才能站在相對合理的角度去展開SPC工作。

(三)打葉復烤質量控制中SPC體系實施難點

打葉復烤加工過程有較強的特殊性:一是原料是農產品，變差很大，而且企業自身無法干預;二是整條生產設備自動化控制水平偏低，設備故障率較高;三是檢測設備的準確性及精密性不夠，檢測樣本量少。

其中一、二兩點易導致整個加工過程受控度較差，存在較多潛在變差的特殊原因，尤其是原料的變差是企業自身無法干預的。那么如何去判斷當前過程的受控狀態呢?精確地判斷一個過程是否受控，是一個相對復雜的數理統計問題，即求證過程特性值服從正態分布。正態分布的偏態系數Cs和峰態系數CE都是為零的，可以通過計算Cs和CE來判斷過程是否受控，這里的“受控”是一個相對的概念，因為沒有一個現實的過程是理論意義上的完美分布。實際操作中，利用Excel軟件對穩定狀態下(過程沒有發現變差特殊原因)大量的當前數據畫直方圖進行分析，并運用Excel軟件中的數學函數計算正態分布的偏態系數Cs和峰態系數CE，當然實際中Cs和CE絕不等于零，所得出的Cs和CE的范圍即維護過程中進行量化判斷過程是否受控的標準。

第三點導致了測量數據的誤差較大，測量數據的分辨率不足，這就在一定程度上制約了控制圖的使用效果。當然。為了克服這一難點，我司實踐中對控制圖的選用做了大量研究，選擇了適合打葉復烤質量控制特點的預控圖，并結合實際對控制限的計算及控制圖判讀原則做了靈活的改進，以達到適應企業實際需求。SPC能否迅速及時的監控過程發現問題，最終要靠人的思維去分析問題，去找到解決問題的對策并加以實施［6］。

三、結論與討論

1)結合實際，當前煙葉打葉復烤企業工藝和設備管理相對落后，還處在粗放的質量檢驗階段，個別企業只是片面追求一個高標準、高指標的質量體系，對煙葉打葉復烤涉及的各項指標間的相關性、協調性重視不夠。同時，全國多數煙葉打葉復烤企業對煙葉原料的掌控基本還處于空白階段，忽視了對煙葉原料數據庫的建立、分析和應用。通過SPC的運用，可以清楚地認識過程能力與客戶要求的差距，進一步明確煙葉打葉復烤加工過程的改進方向，以便保持和持續優化煙葉打葉復烤的過程。

2)建立過程數據庫與分析過程控制指標的相關性，是打葉復烤企業建立SPC體系應重點考慮的前提與基礎。SPC體系的實施，要從分析過程、維護過程、改進過程三個階段入手。首先分析過程變差的兩種原因及過程當前能力水平;其次通過適宜工具有效監控過程，及時消除變差特殊原因，維護過程;再次由管理層對系統采取措施，減少或改善變差的普通原因，改進過程。

3)SPC的運用，應結合企業實際運用其理論精髓，并不斷根據生產過程輸入的5M1E(人、機器、物料、方法、測量和環境)因素變化及時調整，而不能生搬硬套，不切實際地“移植”別人的SPC手冊。SPC的運用所強調的是從整個過程、整個體系出發來解決實際問題。運用SPC技術的統計方法和控制圖等工具，最終實現打葉復烤工作從結果控制向過程控制、從指標控制向參數控制、從人工控制向自動控制的轉變。值得注意的是，SPC的運用并不等于質量的提升，最終要靠人的思維去分析問題，靠人的經驗和技術去找到解決問題的對策，靠一個致力于解決問題的團隊去實施。

［1］張公緒，孫靜.質量工程師手冊［M］.北京:企業管理出版社，2002.

［2］張公緒，孫靜.現代質量管理學［M］.北京:高等教育出版社，2003.

［3］周黎明.質量控制技術［M］.廣州:廣東經濟出版社，2003.

［4］朱蘭，戈費雷.朱蘭質量手冊［M］.北京:中國人民大學出版社，2003.

［5］博特.世界級質量管理工具［M］.北京:中國人民大學出版社，2004.

［6］鐘朝嵩.實用品質管理［M］.廈門:廈門大學出版社，2005.