SPC分析平臺在物料檢測信息化中的應用

姜曼迪 王曉旭 張友南 周貝 蔣富林

[摘 要] 全面的過程質量管理信息化，一般包括以下六個步驟：收集、監控、管理、評估、報告、歸檔。在T公司進行質量管理信息化建設的過程中，通過引入SPC分析軟件及數據自動采集量具，打破了傳統產品檢測數據手工錄入的模式，將紙質記錄轉化為電子記錄，提高檢驗效率，便于查閱及追溯性管理。同時，建立了檢測平臺共享數據庫，實現現場檢測數據的共享及使用，提升了數據處理及傳遞的效率。

[關鍵詞] SPC；效率提升；數據采集；檢測信息化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 09. 039

[中圖分類號] F273 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2019）09- 0087- 03

1 引 言

產品質量是操作人員在一定的環境中，運用機器設備，按照規定的操作方法，對原材料加工制造出來的。由于這些制造因素在生產過程中不可能保持不變，所以產品質量必然由于這些客觀因素的影響而在生產過程中不停地變化著，這就是生產過程的波動性。在生產過程中，產品質量的波動是難于避免的。主要分為兩種：正常波動和異常波動。正常波動是偶然性原因（不可避免因素）造成的。它對產品質量的影響微小，對質量的影響始終存在，由于是隨機變化的，所以偶然因素對每件產品的影響程度都有所不同，除偶然因素在技術上難以實現或者在經濟上不可行。異常波動則不同，它是由系統原因（異常因素）造成的。它對產品質量影響很大，以致產品質量的不合格，但能夠采取措施避免和消除。過程控制的目的就是消除、避免異常波動，使過程處于正常波動狀態[1，2]。

統計過程控制（Statistical Process Control），簡稱 SPC，是一種借助數理統計方法對生產過程進行質量控制的工具[3]。

1924 年，美國數理統計學家休哈特（Walter Shewhart）提出控制和預防缺陷的概念[4]。可以說，休哈特是 SPC 之父。而它應用統計技術對生產過程進行實時監控，科學區分出生產過程中產品質量的隨機波動和異常波動，從而對生產過程的異常趨勢提出預警，以便生產管理人員及時采取措施。SPC 統計過程控制的目的，就是使過程處于一個穩定并且可以接受的水平，以確保產品質量符合相關標準的要求。為此，所應用的主要工具就是休哈特控制圖。控制圖法首先用來幫助評估一個過程是否已達到、或繼續保持在具有適當規定水平的統計控制狀態，然后用來幫助在生產過程中，通過保持連續的產品質量記錄，來獲得并保持對重要產品或服務的特性的控制與高度一致性。應用控制圖技術，并仔細分析控制圖，可以更好地控制和改進過程[5，6]。

而在全面的過程質量管理信息化進程中，通過分析過程檢測的六個步驟：“采集數據、過程監控、數據管理、結果評估、生成報告、信息歸檔”來實現。

要實現全面的過程質量管理信息化，必須要針對每個步驟全面提升，搭建信息化檢測平臺。

2 建設過程中的主要問題分析

以T公司為例，如表1所示，通過統計分析2014-2015年質量損失金額細分，我們得知，T公司65%的損失是在制造過程產生的。其產生原因是缺乏對過程數據的監控、分析及過程風險預測。

而提升過程質量控制水平是有效降低過程質量損失的重要方法，也是T公司實現全面質量控制的當務之急。通過分析，影響T公司過程質量水平控制的主要問題主要有以下幾個方面。

2.1 過程數據采集水平落后

（1）檢測時，通過人工讀數，如圖1所示；

（2）讀數后，先由人工進行紙質記錄后，再將紙質記錄轉化為電子版，耗時較多；

（3）為方便操作，部分檢驗員所記錄的檢測結果為一個范圍，而不是準確的數值，不利于后續的質量分析和追溯。

2.2 數據分析能力較弱

（1）由于缺乏準確的數據，導致過程所積累的有效分析數據較少，不利于質量工具的運用和過程質量的控制；

（2）不同人員的工具應用水平不同，文化背景和受教育程度不同，難以形成以檢驗員為主導的人工分析控制手段。

2.3 無法實時監控產品的質量狀態

（1）無法觀測到檢測數據的變化；

（2）對部分重點產品人工進行的SPC分析，只能事后發現問題，且分析不全面，耗時耗力；

（3）無法對可能出現的問題進行預測。

3 物料檢測信息化SPC應用平臺搭建思路

過程由人、機、料、法、環組成并實現產品或服務。統計過程控制是一個監視、控制、預防與分析過程的重要工具。我們所要搭建的SPC檢測數據信息化平臺，是以數學的方法來研究過程，主要著眼于過程的固有變差研究。這些變差主要是由于過程中很多偶然的原因造成的，但他們是可以預防的。

4 物料檢測信息化平臺的應用

4.1 數據收集

數據采集支持手工錄入數據、USB接口設備和單COM設備進行數據自動連接輸入。可以同時對多個關系和產品進行數據采集。

在檢測自動化平臺的搭建過程中，我們采用數顯量具進行測量。通過數顯具測量被測產品尺寸，經由數顯量具上的發射器，配對計算機上所連接的接收器，使被測數據直接錄入SPC軟件內。當數據錄入后，系統自動保存，不需要人為保存數據，這樣可以避免斷電或網絡中斷而丟失數據。

4.2 數據分析

當數據收集完成后，工程師或技術人員可以實時查看數據，并可以對數據進行修改和刪除等，同時可以針對不同的ID條件和時間等對數據進行查詢分析，并形成控制圖進行多種分析，如圖2所示。

在上述界面中，選擇任何一個控制特性，都會顯示該特性的對應的計量控制圖、運行圖和綜合過程能力圖。切換控制特性，控制圖對應更新切換。

4.2.1 計量控制圖

對于計量型數據，控制圖能顯示Xbar & R、Xbar & S、X & MR或Mdn & R等，同時，控制圖上顯示圖中第一個樣本點和最后一個樣本點的日期和時間、極差和觀測值樣本數等。

4.2.2 運行圖

運行圖是針對單個觀測值連續監控的一個控制圖。如果我們輸入了規范限，在運行圖上將會顯示。

如果樣本數據點在運行圖上顯示是綠色，則說明數據點落在規范限內。如果樣本點是黃色，這說明數據點落在高于中心線75%或低于中心線75%（默認值）的區域。如果數據點落在規范限之外，數據點則顯示紅色。

4.2.3 過程能力圖

過程能力分析圖顯示過程均值（AVG）與標準值（NOM）、±3σ（3S）和± 6σ（6S）與規范上限和規范下限的關系。Cp/Pp、Cpk/Ppk、Pc（Cr）/Pr、Sigma值、規范限、過程均值、Sigma限和其他的相關參數顯示在圖表的下方。

5 總 結

搭建SPC信息化檢測平臺，與原有的MES生產控制程序相對接。根據分析結果，它能科學地區分出生產過程中產品質量的偶然波動與異常波動，從而對過程的異常及時警告，以便人們采取措施，消除異常，恢復過程的穩定。

以T公司為例，2016-2017年質量損失金額細分如表2所示，相比2014-2015年，質量損失金額明顯減少。當然，質量損失的降低必然與產品工藝技術的完善、質量管理水平的提升等有著直接關聯。但是也從側面反映了SPC檢測平臺的應用對公司產品質量的提升有著或多或少的貢獻。

主要參考文獻

[1]張公緒，孫靜.常規控制圖標準及其應用[M].北京：中國標準出版社，2000.

[2]Donald J Wheeler，David S Chambers. Understanding Statistical Process Control[M].Second Edition.Knoxville，TN：SPC Press，1992.

[3]王成柱.制造過程質量管理探討[J].工業工程與管理，1998（5）：41-44.

[4]錢夕元，荊建芬，侯旭暹. 統計過程控制（SPC）及其應用研究[J].計算機工程，2004（19）：144-145.

[5]張鳳榮.質量管理與控制[M].北京：機械工業出版社，2006.

[6]宋友成.統計過程控制（SPC）的應用研究[D].天津：天津大學，2002.