基于Minitab的生產(chǎn)過程質(zhì)量特性分析與控制

龔立雄，劉 婭

產(chǎn)品質(zhì)量是由生產(chǎn)過程中每一道工序執(zhí)行的好壞決定到，因此，工序質(zhì)量是產(chǎn)品質(zhì)量的保障和基礎(chǔ)［1-2］。對于一個工序繁多的生產(chǎn)過程，如何根據(jù)“關(guān)鍵的少數(shù)，次要的多數(shù)”原則對關(guān)鍵工序進行質(zhì)量分析與控制，如何針對異常的關(guān)鍵工序質(zhì)量進行實時監(jiān)控、預(yù)警和糾正是制造企業(yè)急需解決的問題。

目前，對生產(chǎn)過程的控制方法主要是通過統(tǒng)計分析來區(qū)分產(chǎn)品質(zhì)量的隨機波動與異常波動，對異常情況提出預(yù)警和糾正措施，使得生產(chǎn)過程處于受控狀況。統(tǒng)計過程控制(statistical process control，SPC)在生產(chǎn)過程中得到了大量的應(yīng)用。姜興宇等［3］將生產(chǎn)過程相似工序中不同工序的質(zhì)量特性進行數(shù)據(jù)變換，然后將樣本在同一控制圖中繪制，以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的質(zhì)量判定與控制。牛占文等［4］分析了多品種小批量的生產(chǎn)方式以及該生產(chǎn)方式在SPC的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了結(jié)合通用控制圖、累積和控制圖聯(lián)合的控制圖處理微小偏差的過程質(zhì)量控制，但數(shù)據(jù)統(tǒng)計困難，計算量較大，適用性不強。SPC不是單純的圖解，需有可靠數(shù)據(jù)作支撐，實施SPC需要豐富的經(jīng)驗來判定，而掌握這項技術(shù)的質(zhì)量管理人員十分匱乏，影響了SPC在制造企業(yè)的推廣和應(yīng)用。本文針對實施SPC所面臨的困境，提出運用Minitab實施SPC技術(shù)，通過Minitab的工具箱自動計算生產(chǎn)過程的工序能力指數(shù)，根據(jù)控制圖實現(xiàn)智能判定，并應(yīng)用于某制造企業(yè)，取得了較好的效果。

1 生產(chǎn)過程質(zhì)量特性分析與控制方法

1.1 工序質(zhì)量控制原理

工序質(zhì)量控制是指為把工序質(zhì)量的波動限制在規(guī)定的界限內(nèi)所進行的活動，其原理是采用數(shù)理統(tǒng)計方法，通過對工序一部分檢驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，來判定整個公司質(zhì)量是否穩(wěn)定、正常，并對異常情況采取技術(shù)措施和對策，其控制步驟為［5-6］:

步驟1 實測:采用必要的檢測工具和手段，對抽出的工序子樣進行質(zhì)量檢驗。

步驟2 分析:對檢驗所得的數(shù)據(jù)通過直方圖法、排列圖法或管理圖法等進行分析，了解這些數(shù)據(jù)所遵循的規(guī)律。

步驟3 判斷:根據(jù)數(shù)據(jù)分布規(guī)律分析的結(jié)果進行判斷，如數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布曲線，是否在控制線間，公差(質(zhì)量標準)是否在規(guī)定范圍，是偶然性因素引起的質(zhì)量變異，還是系統(tǒng)性因素引起的質(zhì)量變異等，確定該道工序是否達到質(zhì)量標準。

1.2 統(tǒng)計過程控制技術(shù)

統(tǒng)計過程技術(shù)(SPC)對生產(chǎn)過程分析的主要工具是過程能力分析，其目的將傳統(tǒng)的“事后檢驗”轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤崆邦A(yù)測”，確保產(chǎn)品質(zhì)量。SPC技術(shù)包括確定工藝、確定控制項目、優(yōu)化并確定工藝條件、采集工藝參數(shù)、確定所采用控制圖類型、繪制控制圖、評估工藝能力及設(shè)施SPC控制，SPC技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 SPC技術(shù)流程

SPC主要的工具是過程能力分析，在質(zhì)量管理與控制中應(yīng)用控制圖進行分析。

1)過程能力:過程在一定時間內(nèi)處于統(tǒng)計控制狀態(tài)下的實際加工能力，用過程能力指數(shù)(CP)來衡量。通常過程能力指數(shù)越大就越能滿足技術(shù)要求，產(chǎn)品質(zhì)量就越有保障。但是，過程能力指數(shù)過高，則工序?qū)夹g(shù)、設(shè)備和人員素質(zhì)等方面都會提出更高的要求。過程能力指數(shù)的判斷標準如表1所示。

表1 過程能力指數(shù)的判斷標準

2)控制圖:將顯著性統(tǒng)計原理應(yīng)用于控制生產(chǎn)過程的圖形方法，是對控制項目(工藝過程參數(shù))加以測量、記錄，并進行控制管理的一種用統(tǒng)計方法設(shè)計的圖。

2 Minitab在生產(chǎn)過程質(zhì)量控制中的應(yīng)用

2.1 Minitab概述

Minitab于1972年成立于美國的賓夕法尼亞大學(xué)。Minitab軟件是全球領(lǐng)先的質(zhì)量管理和六西格瑪實施軟件工具，被廣泛應(yīng)用于全球100多個國家的4 800多所高校［7］。Minitab功能菜單包括假設(shè)檢驗(參數(shù)檢驗和非參數(shù)檢驗)、回歸分析、方差分析、時間序列分析、圖表、SPC、試驗設(shè)計(design of experiment，DOE)、測量系統(tǒng)分析(measurement system analysis，MSA)、可靠性分析、多變量分析等，具有強大的運算功能和統(tǒng)計分析能力，是持續(xù)質(zhì)量改進的良好工具。本文采用Minitab 16版本實施案例企業(yè)的生產(chǎn)過程質(zhì)量控制。

2.2 案例分析

CHG公司是由重慶利龍汽車零部件有限公司和全球最大拉索系統(tǒng)產(chǎn)品制造商——日本 HILEX CORPORATION以及日本東工KOSEN株式會社共同投資組建的中外合資企業(yè)。公司生產(chǎn)的產(chǎn)品主要有各種機械控制用拉索、車用玻璃升降器、天窗系統(tǒng)、自動門系統(tǒng)等。下面以該公司為長安福特C307車型生產(chǎn)的制動拉鎖實施SPC控制為例進行分析。

2.2.1 產(chǎn)品概述

長安福特C307制動拉鎖的主要功能是傳遞制動手柄端的力和位移至汽車后制動器，實現(xiàn)汽車駐車后的制動。其產(chǎn)品質(zhì)量問題主要有接頭、套管帽尺寸不良，套管尺寸短，露長尺寸短，零件錯漏裝，管夾定位尺寸不良，護套定位尺寸不良，拉索密封不良，鋼繩進水銹蝕等。這里主要以套管長度為例進行分析。

長安福特C307的生產(chǎn)工藝主要有鉚合套管帽、鉚合管夾、切線、剝皮等，生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

圖2 長安福特C307制動拉索主要生產(chǎn)工藝流程

2.2.2 基于Minitab的制動拉鎖生產(chǎn)過程能力分析與質(zhì)量控制

本文選取長安福特C307車型的制動拉鎖，以切管長度來進行過程能力分析。拉鎖生產(chǎn)為連續(xù)性的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)一線為三班制，生產(chǎn)節(jié)奏為122根/h。在生產(chǎn)過程中確定的抽樣方案為:每2 h抽樣1次，每次抽取10根樣品，即1天中共抽取120根套管樣品進行長度精度分析。具體分析步驟為:

步驟1 繪制管壁直方圖。長安福特C307前制動拉鎖套管標準長度為29.94 mm，誤差范圍為-5% ～5%。將120個數(shù)據(jù)分為11組，極差R=2.74 mm，組距h=0.25 mm。在Minitab中繪制直方圖，如圖3所示。再用Minitab對數(shù)據(jù)進行正態(tài)性驗證，如圖4所示。

圖3 套管長度直方圖

圖4 正態(tài)概率圖

由圖3和圖4可以看出，測試的套管“長度精度”特性值的分布特征為:①圖形形狀為單峰且近似對稱;②分散程度基本近似符合正態(tài)分布。

因為管長屬于計量值數(shù)據(jù)，其分布狀態(tài)符合計量值分布規(guī)律，因此，套管長度直方圖的形狀正常，生產(chǎn)過程處于穩(wěn)定狀態(tài)，測試數(shù)據(jù)可以反映實際達到的生產(chǎn)能力。雖然直方圖分布在公差范圍內(nèi)，但不難分析出分布中心和公差中心有較大偏移。在這種情況下，如果過程稍有變化，就可能出現(xiàn)不合格品。

步驟2 過程能力指數(shù)計算與分析。在Minitab中計算過程能力指數(shù)為0.72，過程能力分析圖如圖5所示。

圖5 過程能力分析圖

根據(jù)工序能力評價標準，屬于能力不足，又從套管長度直方圖可以看出，套管長度的分布中心偏離公差中心，為此，需要對影響過程質(zhì)量的人、機、料、法、環(huán)等因素進行分析，找出造成分布中心偏移的原因，并采取措施使分布中心和公差中心盡可能重合，從而提高過程能力指數(shù)。

步驟3 影響套管精度、過程能力不足的原因分析。為提高過程能力指數(shù)，對影響套管長度精度的“4M1E”進行分析。在CHG公司拉鎖的生產(chǎn)過程中，其原材料是由鄰近的集團公司提供的，所以進行分析時可以不用考慮材料(materials)這個因素。因此，主要從機器設(shè)備(machines)這方面入手，結(jié)合操作者(man)和方法(methods)，找出了生產(chǎn)過程中的套管長度、精度的影響因素。圖6為套管長度精度因果圖。通過4M1E法則，影響套管過程能力不足的主要因素有技術(shù)操作水平不均、質(zhì)量觀念落后、定位不準、作業(yè)方法不足、安裝方法不對、車間管理不足等。要提高過程能力指數(shù)，需從這幾個方面著手，加強質(zhì)量觀念、引進先進設(shè)備、提高管理水平。

圖6 套管長度精度因果圖

步驟4 生產(chǎn)過程控制圖繪制。通過因果分析圖找出影響生產(chǎn)過程的主要因素并加以改進，重新采集120組數(shù)據(jù)，計算樣本均值和極差。運用Minitab繪制套管長度-R控制圖，如圖7所示。

圖7 套管長度-R控制圖

步驟5 控制圖分析。根據(jù)GB/T4091—2001《常規(guī)控制圖》標準套管生產(chǎn)過程的判異，在Minitab中設(shè)置判定和檢驗?zāi)Ｐ汀Ｈ鐖D8所示。

圖8 Minitab判定和檢驗?zāi)Ｐ?/p>

圖9 檢驗后的-R控制圖

由判定準則以及由圖9輸出的Minitab檢驗?zāi)Ｐ涂芍瑪?shù)據(jù)判斷所有的點都落在在控制線內(nèi)，且不存在異常情況。因此，當(dāng)前(測試時)的生產(chǎn)過程處于穩(wěn)定的受控狀態(tài)。

3 結(jié)束語

本文詳細介紹了統(tǒng)計過程控制的原理、方法以及適用場合。針對SPC技術(shù)直觀表達不足、計算困難等缺點，利用Minitab軟件設(shè)計了SPC的實施方法與控制過程，并應(yīng)用于案例企業(yè)。從實施效果來看，該公司在實施了基于Minitab的生產(chǎn)過程質(zhì)量控制后，廢品率大大降低，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，同時也降低了成本。因此，對生產(chǎn)制造企業(yè)實施基于Minitab的生產(chǎn)過程質(zhì)量特性分析與質(zhì)量控制是十分必要和可行的。

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