SPC在減振制品混煉膠過程控制中的應用

于 鵬 劉誠波 楊桂玲

(1.青島博銳智遠減振科技有限公司 山東 青島 266031； (2.中國鐵路濟南局集團有限公司青島機車車輛監造項目部 山東 青島 266031)

0 引言

伴隨著軌道交通行業質量體系標準由IRIS更新至ISO 22163，體系中越來越注重預防的管控，在軌道交通行業制品的生產過程中引入有效可行的預防管控措施是非常必要的。

本公司主要承擔著軌道交通行業空氣彈簧和橡膠件等橡膠減振產品的開發與制造，混煉工序承擔著硫化制品所需要的各種混煉膠生產，橡膠減振產品的減振性能(剛度等)是由對應配方的混煉膠硫化后而得，配方種類多，產量大。目前部分母煉膠的門尼黏度不合格的問題導致大量混煉膠返煉處理，造成生產、檢驗方面的浪費，延誤正常的生產計劃，增加工藝、質量人員工作量。所以公司須采取必要的措施提高母煉膠的合格率，降低返煉比例，提高生產效率，最終決定使用統計過程控制技術來實現此目標。

統計過程控制技術(SPC)是通過收集生產過程的關鍵過程參數進行科學的分析計算，得出對應的CPK(過程能力指數)和控制圖(分析判斷過程是否處于穩定狀態所使用帶有控制界限的圖)，通過分析了解生產過程中關鍵過程參數的實際波動情況，從而直觀地發現生產過程的異常波動并予以消除；后續通過不斷的監控過程參數異常波動→消除異常波動→監控過程參數異常波動的PDCA循環，最終實現從根本上預防和減少不合格品的產生，確保生產過程的正常進行。

1 確認質量特性

由于公司現處于實施SPC的初步探索階段，因此在選擇質量特性時，要注重以下幾點：批量穩定生產的過程；每個生產批次的測量數據多；數據可及時測量；無需停放等待。這樣可以方便實時監控和及時發現異常波動并予以消除。根據公司的實際情況以及混煉膠生產的流程(塑煉→母煉→終煉)，母煉膠由于未加入硫磺和促進劑，不會出現因返工導致的提前硫化反應。因此出現不合格時可以根據具體情況進行返煉處理，返煉后再次檢驗合格可以繼續使用，所以質量特性應從母煉膠的過程參數中選擇。門尼黏度值作為過程參數表征的是母煉膠加工性能的優劣，如果門尼黏度值低，表明母煉膠存在密煉過量的問題，會導致硫化膠的物理機械性能下降，門尼黏度值高，表明母煉膠存在密煉不足的問題，會導致硫化膠的加工性能下降。因此選擇門尼黏度作為質量特性。

2 確認統計分析方案

選擇合理的控制圖類型(抽樣方案、子組范圍、子組大小)是保證SPC的及時性和準確性的關鍵。綜合混煉生產現場的實際情況并根據2018年4月～2019年6月之間生產的母煉膠門尼黏度數據分析，確定了SPC的統計分析方案。

(1)質量特性：母煉膠的門尼黏度。

(2)子組范圍：按生產批次劃分的母煉膠批次。

(3)抽樣方案：母煉膠的門尼黏度例行檢驗比例為100%，SPC統計的抽樣方案為每批次的第一批、最后一批、中間一批。

(4)子組大小：3組。

根據門尼黏度值的數據類型(連續型)、子組范圍等綜合因素考慮，決定利用均值極差控制圖(Xbar-R)對其進行監控和統計分析。

3 具體實施步驟

(1)根據前期確定的統計分析方案以及2018年4月～2019年6月之間的門尼黏度數據，利用Minitab軟件做出初步分析用的控制圖和過程能力分析圖。

(2)從分析用控制圖中刪除異常波動點，計算CPK，重復此過程直至CPK≥1.33，且分析用控制圖中無異常波動點，以此作為后續監控中使用的控制用控制圖。

(3)查找分析用控制圖中發現的異常點波動原因，并采取措施予以整改。

(4)利用控制用控制圖對現場的門尼黏度數據進行持續監控，以期發現更多的異常波動點并予以解決。

4 方案實施效果分析

4.1 方案實施前過程能力分析

對2018年4月～2019年6月之間的門尼黏度數據利用Minitab軟件進行數據統計分析，得出的分析用控制圖和過程能力分析圖如圖1和圖2所示。

圖1 門尼黏度數據的分析用控制圖

從圖1中可見，母煉膠的生產過程在2018年6～7月期間出現連續異常點；從圖2中可見，門尼黏度數據的過程能力曲線呈正常的正態分布，但略微偏上限，過程能力指數CPK=1.00(≤1.33)，表明生產過程保證能力尚可，處于基本受控但仍有改進空間的狀態。

圖2 門尼黏度數據的過程能力分析圖

4.2 方案實施前制定控制用控制圖

對圖1中的異常點進行刪減并重新利用Minitab軟件進行數據統計分析，得出刪減后的分析用控制圖和過程能力分析圖如圖3和圖4所示。

圖3 刪除異常點后的分析用控制圖

圖4 刪除異常點后的過程能力分析圖

從圖3中可見，轉化后的分析用控制圖中已經無異常點；從圖4中可見，門尼黏度數據的過程能力曲線呈正常的正態分布，過程能力指數CPK=1.36(>1.33)，表明生產過程保證能力充足，處于完全受控狀態。

4.3 異常點的原因分析以及解決措施

通過對圖1中的異常點查詢到對應的母煉膠批次，然后根據母煉膠批次查詢到對應的原材料批次(生膠、油料、炭黑)以及密煉過程的監控曲線(密煉參數)，將異常點批次以及異常點前后批次之間的原材料批次以及密煉參數進行綜合對比分析，采取“5M1E”等質量分析方法，確認了影響門尼黏度波動的主要原因：

(1)通過原材料批次的對比，發現波動批次的生膠與前后批次相比發生了變更，可以判定此批次生膠的波動是導致連續異常點產生的一個原因；

(2)通過密煉監控曲線的對比，發現波動批次母煉膠的排膠溫度與前后批次相比出現一定的波動(仍都在控制范圍內)，可以判定排膠溫度的波動是導致連續異常點產品的一個原因。

通過與相關工藝人員溝通，采取了一定措施進行改進和管控，具體如下：

(1)根據生產計劃，將同一批次的生膠集中進行塑煉處理以此減少生膠的內部波動；

(2)工藝人員更新混煉工藝文件，明確規定了排膠溫度的范圍，可以根據母煉膠的門尼黏度波動情況做一定的調整，改變以往只規定最高排膠溫度的情況。

4.4 方案實施后的門尼黏度的過程能力分析

通過對影響門尼黏度的各種原因采取措施進行管控后，在后續門尼黏度例行檢驗中增加了控制用控制圖的打點管控，對控制圖中出現的異常點及時分析原因和采取措施，進一步提升了對門尼黏度波動的控制能力，2019年7月～2019年10月的控制圖以及過程能力分析圖如圖5和圖6所示。

圖5 2019.07～2019.10控制用控制圖

圖6 2019.07～2019.10過程能力分析圖

從圖5中可見，經過3個月的改進和重新統計，門尼黏度值控制圖中已經沒有連續出現的異常點，僅出現一個獨立的異常點；過程能力指數CPK達到1.28，與之前的過程能力指數CPK=1相比，已有一定的改善，但距離理想中的控制用控制圖無異常點、過程能力指數CPK≥1.33的目標仍有一定的改進空間。

5 總結

(1)統計過程控制(SPC)方法在母煉膠的生產過程控制的運用是可行的，對母煉膠的門尼黏度值波動起到一定的改進作用，降低了母煉膠返煉的頻率和次數，產生了明顯的經濟效益。

(2)基于在母煉膠工序實施SPC控制的成功經驗，對于在混煉工序(塑煉→母煉→終煉)開展整體的SPC控制具有積極的推廣作用，從而提升混煉過程整體的過程能力管控。

(3)通過對母煉膠生產過程進行統計過程控制，可以更直接地將ISO 22163體系中以預防為主的理念融入到實際生產當中，通過生產過程中實時的數據統計分析，可以做到快速發現異常批次，及時對異常批次進行原因排查并采取預防措施，不斷對生產和檢驗過程進行標準化提升，從而真正做到持續改進，提高對混煉過程的質量控制能力。□