特種元器件關鍵工序統計過程控制

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(1.海軍駐合肥地區軍事代表室， 安徽合肥，230088；2.中國電子科技集團公司第四十研究所， 安徽蚌埠，233010)

1 引言

SPC:是STATISTICAL PROCESS CONRTOL的縮寫即:統計過程控制。SPC是以統計學原理為基礎，利用數據及圖表表達生產情況，從而判斷過程及走向是否出現問題，引導員工去做出適當的決定。SPC強調全過程監控、全系統參與，實施全過程預防。從而降低成本，提高產品質量及可靠性水平。

2 關鍵工序與SPC技術應用

SPC技術的核心是保證產品的內在質量和可靠性，保證生產廠家工藝過程的統計狀態受控。同時SPC技術可以代替一部分篩選和可靠性試驗，作為表征產品內在質量的重要依據，越來越受到對可靠性要求更高的特種元器件生產廠家的重視。所謂特種元器件一般包括：化學與物理電源，敏感元件與傳感器，微特電機及組件，接插件、繼電器與電纜組件等。GJB546B-2011中4.10統計過程控制已明確“當產品規范規定時，應當根據相關規范及GJB3014規定編制并執行SPC體系文件”。

2.1 關鍵工序

特種元器件的設計開發輸出文件中，根據產品質量特性和技術指標要求一般會給出關重件、關鍵工序明細表。所謂關鍵件工序是指對產品的最終特性、質量、可靠性有重要影響的過程。關鍵工藝參數是指能全面反映關鍵過程節點狀態，又適合采集的工藝參數。GJB9001B-2009質量管理體系要求7.3.3設計開發輸出e)條款明確：“編制關鍵件(特性)、重要件(特性)項目明細表，并在產品設計文件和工藝文件作相應標識”。

2.2 SPC技術流程

特種元器件生產過程中，實施SPC首先要確定關鍵工序，進而確定關鍵工藝參數；然后進行實驗設計；繪分析用控制圖；判斷是否穩定；如果穩定，繪直方圖計算過程能力指數；不穩定尋找異常原因，糾正問題；如果過程能力指數滿足要求，繪控制用控制圖；如果過程能力指數不滿足要求，尋找原因，糾正問題提升能力。

2.3 常規控制圖及應用條件

控制圖的技術核心有兩點，一是如何確定控制線，二是如何判定工藝過程處于受控狀態。應用常規控制圖要求工藝參數滿足一定條件，這些條件包括：(1)計量值常規控制圖要求數據滿足“正態、獨立、同分布”條件，即IIND條件。(2)計數值常規控制圖要滿足二項分布和泊松分布。(3)常規控制要求保證有限批次數據計算結果能夠代表母體的特征，在確定控制線時要求至少積累25批以上數據。(4)對計數值控制圖，要求每批次檢測的樣本量n足夠大，使用計件值p控制圖和pn控制圖中每批基本能夠包括1～5個不合格品。

3 適用于特種元器件關鍵工序的特 殊控制圖

特種元器件生產具有“多品種，小批量”的特點，相當多的工序不滿足常規控制圖要求的條件。因此，在實際的生產分析和控制過程中，必須根據工序參數特點，采用適宜的新型控制圖，否則將導致錯誤結論。

3.1 嵌套控制圖

在特種元器件關鍵工序中，如氧化、電鍍、塑壓工序，同一批數據是同時生成的，同時生成的數據內部，各數據之間具有同時偏大或者同時偏小的趨勢，并不滿足相互獨立的條件。這種情況對于同一批數據內部服從正態分布，不同批次數據的均值又服從另一種形式的正態分布；數學上成為“嵌套分布”。針對數據的嵌套特點，需要研究參數的條件分布規律，推導控制線公式，構建“嵌套控制圖”模型。

應用舉例：某特種元器件關鍵工序參數呈現一階嵌套特點，工藝參數如表1所示。該組數據的特點是，同一批5個數據來自同一器件，每批的標準差很小。而這組數據不同批之間數據離散型較大，即各批之間平均值差別較大。我們通過建立數學模型，可以推導出一階嵌套工藝參數均值控制圖的控制限，進而采用嵌套控制圖對數據進行分析，如圖1所示分析結果為工序狀態受控。如果不考慮上述工序參數的嵌套特點，采用常規控制圖進行分析，如圖2所示，將會出現多個點出界，違反規則一的情況，導致工序失控的錯誤結論。

表1 某元器件關鍵工序采集工藝參數

圖1 嵌套控制圖分析結果 圖2 采用常規控制圖分析結果

3.2 回歸控制圖

特種元器件產品的研制生產具有“多品種，小批量”特點，同一道工序往往要加工幾種工藝條件不同的產品。因此同一道工序的工藝條件并非一成不變，而是選取幾種不同的工藝條件，工藝參數值，當然不滿足獨立同分布條件。在此，我們需要建立滿足這種條件的“回歸控制圖”，實際工作中，特種元器件“多品種”的特點，就決定了相當多的工序實施SPC都需要采用“回歸控制圖”。

連接器的插針加工有多套圖紙工藝規定的加工要求，鋁合金材料的氧化工序有數種固定的工藝條件…… 因此，我們必須根據工藝條件和工藝參數的變化，建立相應的模型，定量描述工藝輸出參數Y和工藝輸入參數系X之間的關系，Y=F(X，β)。實際應用中，可以采用多項式描述工藝模型，建立多項式回歸方程。一旦確定回歸系數，就可以定量表示工藝參數和工藝條件之間關系。根據工藝條件可以得到工藝參數的預測值，該工藝條件下的實測值與預測值之差，即為工藝參數的殘差值。根據回歸分析理論，在統計受控的條件下，這些殘差值相互獨立且基本符合正態分布。因此可以采用常規控制圖方法對殘差值繪制控制圖。采用常規計量值控制原理，可以得到確定殘差控制圖控制限計算公式，如公式1所示：其中n為批數，CL為中心線，UCL為上控制限，LCL為下控制限。

3.3 多變量控制圖

在實際的生產中，許多工序的工藝質量需要用幾個工藝參數共同表征，而這幾個參數之間一般都存在相關性。對于這種多變量問題，應根據這幾個參數變化情況的綜合結果表征工藝的受控程度?！岸嘧兞俊笨刂茍D的基本思想是根據多元數理統計原理，建立一個多元均值向量以及協方差矩陣，通過計算得到一個代表這幾個參數測試數據的檢測統計量。再用控制圖分析檢測統計量的變化情況。繪制多變量控制圖首先是根據樣本測試數據計算代表每一批測試數據的測試統計量，然后通過查表或編程計算確定控制線。

3.4 缺陷成團控制圖

在微電路和零部件電鍍或氧化生產過程中，“缺陷”常常成明顯的成團效應，嚴重偏離泊松分布。因此，必須針對缺陷成團效應的特點，研究控制線的正確計算方法。首先，根據缺陷成團現象建立數學模型；其次，由數學模型確定控制圖的控制限UCL和LCL。需要指出的是缺陷成團控制圖控制限涉及比較復雜的算法，編程時要特別小心，以免產生較大誤差。

4 結論

SPC是特種元器件關鍵工序質量控制的有效手段，對產品質量可以起到有效監測和預防作用。同時，由于特種元器件生產具有自身特點，在引入SPC的應用時，必須具體問題具體分析，根據生產實際情況，建立相應的數學模型，采用適宜的控制圖，才能得出正確結論。

參考文獻：

[1] GJB 546B—2011，電子元器件質量保證大綱[S].

[2] GJB 9001B—2009，質量管體系要求[S].

[3] 何曉群.六西格瑪質量管理與統計過程控制 [M].北京：清華大學出版社，2016

[4] 畢克允.中國軍用電子元器件[M].北京：電子工業出版社，1996.

[5] 賈新章 李京苑.統計過程控制與評價 [M].北京：電子工業出版社，2004

[6] 王兆軍 鄒長亮.統計質量控制圖理論與方法[M].北京：科學出版社，2013