紅綠燈信號控制圖在橡膠硫化生產統計過程控制中的管理應用

謝偉華，張友南，梁健瑤，榮繼剛

（株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

隨著ISO 9000及其相容體系全面推行，我公司很快從質量檢驗階段進入了全面質量管理階段，但是其中統計質量階段相對較為薄弱。較好地運用統計過程控制（SPC）工具，側重統計技術在工藝質量和生產過程中的應用，從某種意義上講是對質量管理的“補課”。產品質量的統計是現代質量管理的基本內容之一，其核心是產品質量始終在變化之中。雖然不能精確地預測產品質量某一瞬間的變化，但是對于其變化的統計規律，即出現多大的變化幅度及有多大的可能性是可以掌握的，這就是質量的統計分布[1]。本工作選擇批量相對較大的某軌道減震器產品作為應用對象，嘗試在產品質量管理過程中應用SPC紅綠燈信號控制圖，期望能對其他橡膠類產品質量控制提供一定的參考。

1 紅綠燈信號控制圖

1.1 原理

在生產過程中，產品的特性值（X）服從正態分布，即N（μ，σ2），P(μ－3σ＜X＜μ＋3σ）＝0.997 3。以（μ＋3σ，μ－3σ）為上下控制線外的概率之和小于或等于0.27%時，出現這樣概率的事件稱為小概率事件。根據概率統計理論，如果發生了小概率事件，則說明原來的分布受異常因素的影響處于失控狀態。

控制圖按照統計量分為：計數值控制圖和計量值控制圖兩類。控制圖按其階段分為：分析階段用圖和控制階段用圖。紅綠燈信號控制圖屬于計量值控制圖，是一種基于概率的過程控制圖，其使用了3種分類和兩次抽樣。應用發現，分析和控制階段均能采用紅綠燈信號控制圖。

紅綠燈信號控制圖如圖1所示，正態分布條件下，約86.6%在綠燈區（目標區），約13.1%在黃燈區（警告區），約0.3%在紅燈區（停止區）。特性數據落入黃燈區，需要采取二次抽樣；特性數據落入紅燈區，過程停止，這時必須研究操作過程以找出問題，然后進行糾正并盡可能防止其再次發生。

圖1 紅綠燈信號控制圖示意

1.2 對象選擇和準備

1.2.1 參數選擇及其測量系統確定

運用SPC選擇控制對象時，不管是過程特性參數還是產品特性參數，均需要選擇連續生產產品的特性參數。軌道減震器產品生產批量相對較大，故選擇其作為質量控制對象，確定硫化溫度為過程特性參數，自由高和剛度為產品特性參數。

例如，硫化溫度作為過程特性參數，其穩定性直接影響硫化產品質量，可選擇硫化溫度作為控制參數。建立硫化溫度控制實施環境，確定其測量系統必須遵循以下幾點：（1）同一機臺使用同一測量儀器，且測量位置不變，測量時間點、每班測量頻次一定；（2）定人定機；（3）不同測量點的數據不能混合分析，數據收集采用同一表格格式。遵循以上3點，通過測量系統分析硫化機（管理編碼為設備J-18）前左位置點溫度，如果重復性和再現性結果合格，就可確定使用該測量系統。

1.2.2 控制圖的獲得

2 應用實例

2.1 硫化溫度控制

2.1.1 數據收集

設備J-18硫化溫度為（160±5） ℃的數據收集：測量位置左前點溫度低于表顯溫度10.5 ℃，即該點溫度實際控制范圍應為（149.5±5） ℃。設備J-18硫化溫度數據收集125個，該點數據如表1所示（只顯示前10個數據）。

表1 設備 J-18合模10 min時溫度記錄 ℃

2.1.2 設備J-18硫化溫度控制限計算

2.1.3 設備J-18硫化溫度過程控制和過程能力分析

過程能力是指過程的加工質量滿足技術標準的能力，可以衡量過程加工的內在一致性。過程能力決定于人、機、料、法、環等因素，與規范無關。過程能力指數[2]分為無偏移雙側情形的短期過程能力指數（Cp）和有偏移情形的短期過程能力指數（Cpk）。

將表1數據利用Minitab工具進行分析，能力參數截圖如圖2所示 。

圖2 設備J-18溫度能力參數截圖示意

（1）Cp為1.56，1.33≤Cp＜1.67，過程能力充分，表示技術能力已很好，應繼續維持。

（2）Cpk為1.55，表示過程中心和規范中心偏離很小。

（3）過程處于統計控制狀態，可以延長控制線。

2.1.4 設備J-18硫化溫度紅綠燈信號控制圖的繪制

為了繼續控制延長上控制線（XUCL＝153.166）和下控制線（XLCL＝146.749），畫出設備J-18硫化溫度紅綠燈控制圖（如圖3所示），用于現場控制描點,實現對過程的日常控制。

圖3 溫度控制用紅綠燈信號控制圖

2.1.5 結果與討論

在控制過程中，當測量點一直落在綠區，說明設備J-18溫度正常受控。當測量點落入黃區（圖3中第4點），紅綠燈控制圖提出了警示，需要重新抽樣來判斷，若重新抽樣的測量點落入綠區，說明過程正常運行；若重新抽樣的測量點落入紅區，則過程停止，啟動整改。當測量點直接落入紅區（圖3中第8點），需要查明原因，及時糾正。

2.2 自由高控制

2.2.1 數據收集

該軌道減震器產品自由高為（80±1.5） mm，按模腔號每班次收集一模產品自由高數據，共收集40個數據（只顯示前6個），見表2。

表2 連續一段時間某產品自由高數據記錄mm

將表2中數據輸入Excel表，可直接導出自由高曲線圖，如圖4所示 。從圖4中可以看出數據未超出規范，但看不出過程能力情況，需要進行進一步分析。

圖4 某軌道減震器產品自由高曲線圖

2.2.2 自由高控制限及過程能力分析

根據表2數據，通過雙邊規范用的Statistical Analysis工具表可計算出以下結論數據：

（1）自由高樣本平均值為80.37 mm；

（2）自由高樣本波動范圍為1.1 mm；

（3）自由高樣本標準偏差（σ）為0.263 4 mm；（4）準確度（Ca）為0.25，Ca＜0.125，為A級；

（5）精密度（Cp）為1.9，表示生產能力充分；

（6）精確度（Cpk）為1.42，表示過程中心和規范中心偏離很小。

（7）過程處于統計控制狀態。

2.2.3 產品自由高紅綠燈信號控制圖的繪制

為了繼續控制延長上控制線[XUCL等于（80＋3σ） mm，約80.8 mm]和下控制線[XLCL等于（80－3σ） mm，約為79.2 mm]，畫出該軌道減震器產品自由高紅綠燈控制圖（如圖5所示），用于現場控制描點，實現對過程的日常控制。

2.2.4 結果與討論

由圖5可見，測量點分布寬度小于2σ，過程能力非常強，可以考慮降低檢驗頻次，以減少鑒定費用；對于測量點落在預警區的，需要作適當調整，縮小過程中心偏離控制中心的范圍。

圖5 自由高控制用紅綠燈信號控制圖

2.3 剛度控制

2.3.1 數據收集

某段時間該軌道減震器剛度收集數據如表3所示。

表3 某軌道減震器剛度數據kN·mm-1

2.3.2 控制限設定及控制圖繪制

該軌道減震器產品剛度要求為10.2～14.0 kN·mm-1，則XUCL為14 kN·mm-1，XLCL為10.2 kN·mm-1，XCL為12.1 kN·mm-1。根據表3數據在紅綠燈信號控制圖上直接描點，見圖6。

2.3.3 結果與討論

（1）從圖6測點的分布可以看出，雖然落入紅燈區的點未超出規范，但是實際剛度分布中心偏離控制中心1.5σ；

圖6 產品剛度分析用紅綠燈信號控制圖

（2）分布寬度約為1/2控制寬度，波動大小可控制；

（3）多數測點落在紅燈區，預警很可能會出現超差點，因此工藝需要作相應調整。

3 結論

（1）雙邊規范質量特性溫度和自由高在SPC的控制階段應用紅綠燈信號控制圖具有下列優勢。a.數據點落入綠區，過程受控，數據點長期落入綠區，能夠降低檢驗比例，可以大幅減少鑒定成本；數據點落入黃區，需采取二次抽樣，根據二次抽樣結果確定過程是否可以運行；數據點落入紅區，過程停止。b.紅綠燈信號控制圖比一般控制圖更為直觀，可直接讀出特性分布的寬度。c.紅綠燈信號控制圖與-控制圖比較有同樣的靈敏度，但有更高的錯誤報警率。

（2）雙邊規范質量特性剛度直接在紅綠燈信號控制圖上描點，紅綠燈信號控制圖可作為分析用控制圖，其將特性參數值控制在±3σ內，即把特性不合格率控制在0.27%之內。

（3）實際應用證明，選用紅綠燈信號控制圖對橡膠產品長度和剛度等特性參數進行控制較為合適，其他類似產品的質量控制亦可借鑒此方法。