MES環境下基于SPC控制圖的統計方法應用研究

孫寶紅 李質璠

摘 要 針對煙草工業生產過程質量控制問題，在制造執行系統環境下，通過SPC實現在線數據的實時監控與離線數據的統計分析。SPC依托統計原理，以控制圖為主要統計分析方法來分析過程及其輸出，達到監控與改進產品質量的雙重功效。

關鍵詞 制造執行系統;SPC;SPC控制圖;統計

引言

煙草行業積極推行數字化生產，推動網絡化技術綜合運用，通過將制造執行系統、統計過程控制系統的信息化集成，形成“互聯網+”的綜合集成制造系統。引進統計應用系統，加強信息化管理系統的建設，是從整體上提升精細化加工水平、數字化控制技術和柔性化制造能力的必然要求。

1MES系統

制造執行系統（MES）是實現車間生產信息化的技術手段，是計劃與生產之間承上啟下的實時信息通道，通過傳遞信息，優化管理產品的整個生產過程[1]。

但MES系統的功能局限于生產訂單的調度與執行，在工藝質量方面存在不足之處。主要表現在以下幾點：

（1）MES系統可統計指標及參數的統計量如均值、CPK 及標準偏差等，但無法確定生產運行中的關鍵指標和參數是否穩定。

（2）MES系統控制方式簡單，未采用控制圖、直方圖等技術預防監控指標和參數的異常情況。無法達到“控制前移”，以起到預防作用。

（3）MES系統無在線質量異常處理平臺，出現質量問題需依靠手工處理，難以跟蹤及實現在線閉環管理，同時不易于推行操作標準化及知識經驗共享。

為滿足車間工藝質量控制要求，我們通過MES系統與SPC結合的方式取長補短，以加強統計技術在質量管理中的應用。

2基于MES的統計過程控制系統

2.1 SPC

統計過程控制（Statistical Process Control）是一種借助數理統計方法的過程控制工具。它評價分析生產過程的實時數據并反饋信息，從而及時發現系統性因素出現的征兆，并采取相應措施消除其影響，使過程維持在僅受隨機性因素影響的受控狀態，以達到控制質量目的。

2.2 SPC控制圖

控制圖是用于分析和判斷工序是否處于穩定狀態所使用的帶有控制界限的圖。SPC控制圖是對過程質量加以測定、記錄從而進行控制管理的一種過程控制方法，是統計過程控制SPC的重要工具[2]。

根據統計數據類型的不同，控制圖分為計量控制圖和計數控制圖。煙草工業生產中的計量型數據包括煙絲的水分值、物料的流量、重量、物料溫度、加香、加料誤差等。計數型數據包括廢品的件數、煙支缺陷數、煙絲的不合格批數等。計量控制圖包括Xbar-R圖（均值-極差圖）、Xbar-S圖（均值-標準差圖）、X-MR圖（單值-移動極差圖）、X-R圖（中位數圖）;計數控制圖包括P圖（不合格品率圖）、np圖（不合格品數圖）、c圖（不合格數圖）、u圖（單位產品不合格數圖）。

根據控制圖的作用，控制圖分為分析用控制圖和控制用控制圖，主要對應在SPC的分析、監控階段。分析階段通過收集的生產過程數據，計算出中心線及上下控制線并繪制分析用控制圖，判斷生產過程是否穩定受控、過程能力是否滿足要求。若不能達到要求，要找出失控原因，直到沒有異常點并且達到要求后才能轉換為控制用控制圖，進入監控階段。監控階段的主要工作是使用控制用控制圖進行監控。通過分析用控制圖得到的中心線和上下控制線繪制控制圖，對過程實時監控，當過程出現異常點表明過程失控或發生改變，必須尋找原因并盡快消除其影響。SPC在生產現場使用的是控制用控制圖，達到預防控制的作用。

2.3 SPC系統應用價值

在煙草生產的實際應用中，引進SPC系統是本企業生產工藝過程管理中一項重要技術手段。SPC系統主要采用控制圖等統計技術來分析過程及其輸出，依托中心極限定理及工藝參數的正態分布、特征值的正態性、正態分布特征值的統計特性、小概率原理等統計原理，通過SPC控制圖清楚的了解過程能力的質量與過程受控情況，以便采取必要措施獲得且維持統計控制狀態，起到預防不良、控制浪費的作用，并提高生產過程能力。

SPC系統從MES系統提取基礎生產數據及相關標準，結合采樣及報警規則對關鍵監控點及參數進行監控、分析，按照規范的流程對質量異常進行改進，最終將異常處理結果匯總形成質量經驗庫，支持先進經驗學習和推廣。MES與SPC是組成煙草行業信息化框架的重要系統，它們既分工明確，又緊密聯系。一方面，MES為 SPC提供采集的生產實時參數及指標。另一方面，MES為SPC提供質量標準及工藝標準等基礎數據，實現了信息流動和集中共享，為卷煙廠開展生產和工藝質量管理提供了基礎保障。

SPC系統對生產過程數據實行在線趨勢實時控制，對生產質量進行定量管理，通過逐個因素分析找到末端原因，從而確保生產過程持續穩定、可預測;監控過程波動、協助減少過程波動，為解決深層次問題提供現代化的科學方法，提高煙草生產精細化制造水平[3]。

3結束語

對于煙草生產企業來說，SPC系統是建立煙草精細化制造體系的一個重要應用。通過SPC系統實現在線數據的實時監控與離線數據的統計分析，達到監控與改進產品質量的雙重功效。

參考文獻

[1] 沈曉杰，李郡.基于制造執行系統的統計過程控制在質量管理上的應用[J].工業控制計算機，2012，25（9）：108-109.

[2] 陸秋林，時秋菊.統計過程控制在嬰兒雙歧桿菌生產過程中的應用[J].食品安全導刊，2017（3）：151-152.

[3] 李建輝，黃勝.SPC系統在卷煙工藝質量中的應用——湖南中煙長沙煙廠SPC系統的管理應用[J].中國制造業信息化期刊，2008（24）：73-75.

作者簡介

孫寶紅（1988-），女，山東省濰坊市青州市人;學歷：碩士，現就職單位：山東中煙工業有限責任公司青州卷煙廠，研究方向：計算機類、統計類。

李質璠（1994-），女，山東省濰坊市青州市人;學歷：學士，現就職單位：山東中煙工業有限責任公司青州卷煙廠，研究方向：電氣類、統計類。