紅綠燈信號控制圖在橡膠硫化生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)過程控制中的管理應(yīng)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(zhì)量檢驗(yàn)階段進(jìn)入了全面質(zhì)量管理階段，但是其中統(tǒng)計(jì)質(zhì)量階段相對較為薄弱。較好地運(yùn)用統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC）工具，側(cè)重統(tǒng)計(jì)技術(shù)在工藝質(zhì)量和生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，從某種意義上講是對質(zhì)量管理的“補(bǔ)課”。產(chǎn)品質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)是現(xiàn)代質(zhì)量管理的基本內(nèi)容之一，其核心是產(chǎn)品質(zhì)量始終在變化之中。雖然不能精確地預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量某一瞬間的變化，但是對于其變化的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，即出現(xiàn)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(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分布[1]。本工作選擇批量相對較大的某軌道減震器產(chǎn)品作為應(yīng)用對象，嘗試在產(chǎn)品質(zhì)量管理過程中應(yīng)用SPC紅綠燈信號控制圖，期望能對其他橡膠類產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)過程中，產(chǎn)品的特性值（X）服從正態(tài)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(xiàn)這樣概率的事件稱為小概率事件。根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)理論，如果發(fā)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(tài)。

控制圖按照統(tǒng)計(jì)量分為：計(jì)數(shù)值控制圖和計(jì)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(jì)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(yīng)用發(fā)現(xiàn)，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(tài)分布條件下，約86.6%在綠燈區(qū)（目標(biāo)區(qū)），約13.1%在黃燈區(qū)（警告區(qū)），約0.3%在紅燈區(qū)（停止區(qū)）。特性數(shù)據(jù)落入黃燈區(qū)，需要采取二次抽樣；特性數(shù)據(jù)落入紅燈區(qū)，過程停止，這時必須研究操作過程以找出問題，然后進(jìn)行糾正并盡可能防止其再次發(fā)生。

圖1 紅綠燈信號控制圖示意

1.2 對象選擇和準(zhǔn)備

1.2.1 參數(shù)選擇及其測量系統(tǒng)確定

運(yùn)用SPC選擇控制對象時，不管是過程特性參數(shù)還是產(chǎn)品特性參數(shù)，均需要選擇連續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)品的特性參數(shù)。軌道減震器產(chǎn)品生產(chǎn)批量相對較大，故選擇其作為質(zhì)量控制對象，確定硫化溫度為過程特性參數(shù)，自由高和剛度為產(chǎn)品特性參數(shù)。

例如，硫化溫度作為過程特性參數(shù)，其穩(wěn)定性直接影響硫化產(chǎn)品質(zhì)量，可選擇硫化溫度作為控制參數(shù)。建立硫化溫度控制實(shí)施環(huán)境，確定其測量系統(tǒng)必須遵循以下幾點(diǎn)：（1）同一機(jī)臺使用同一測量儀器，且測量位置不變，測量時間點(diǎn)、每班測量頻次一定；（2）定人定機(jī)；（3）不同測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)不能混合分析，數(shù)據(jù)收集采用同一表格格式。遵循以上3點(diǎn)，通過測量系統(tǒng)分析硫化機(jī)（管理編碼為設(shè)備J-18）前左位置點(diǎn)溫度，如果重復(fù)性和再現(xiàn)性結(jié)果合格，就可確定使用該測量系統(tǒng)。

1.2.2 控制圖的獲得

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 硫化溫度控制

2.1.1 數(shù)據(jù)收集

設(shè)備J-18硫化溫度為（160±5） ℃的數(shù)據(jù)收集：測量位置左前點(diǎn)溫度低于表顯溫度10.5 ℃，即該點(diǎn)溫度實(shí)際控制范圍應(yīng)為（149.5±5） ℃。設(shè)備J-18硫化溫度數(shù)據(jù)收集125個，該點(diǎn)數(shù)據(jù)如表1所示（只顯示前10個數(shù)據(jù)）。

表1 設(shè)備 J-18合模10 min時溫度記錄 ℃

2.1.2 設(shè)備J-18硫化溫度控制限計(jì)算

2.1.3 設(shè)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(zhì)量滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的能力，可以衡量過程加工的內(nèi)在一致性。過程能力決定于人、機(jī)、料、法、環(huán)等因素，與規(guī)范無關(guān)。過程能力指數(shù)[2]分為無偏移雙側(cè)情形的短期過程能力指數(shù)（Cp）和有偏移情形的短期過程能力指數(shù)（Cpk）。

將表1數(shù)據(jù)利用Minitab工具進(jìn)行分析，能力參數(shù)截圖如圖2所示 。

圖2 設(shè)備J-18溫度能力參數(shù)截圖示意

（1）Cp為1.56，1.33≤Cp＜1.67，過程能力充分，表示技術(shù)能力已很好，應(yīng)繼續(xù)維持。

（2）Cpk為1.55，表示過程中心和規(guī)范中心偏離很小。

（3）過程處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，可以延長控制線。

2.1.4 設(shè)備J-18硫化溫度紅綠燈信號控制圖的繪制

為了繼續(xù)控制延長上控制線（XUCL＝153.166）和下控制線（XLCL＝146.749），畫出設(shè)備J-18硫化溫度紅綠燈控制圖（如圖3所示），用于現(xiàn)場控制描點(diǎn),實(shí)現(xiàn)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(jié)果與討論

在控制過程中，當(dāng)測量點(diǎn)一直落在綠區(qū)，說明設(shè)備J-18溫度正常受控。當(dāng)測量點(diǎn)落入黃區(qū)（圖3中第4點(diǎn)），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(diǎn)落入綠區(qū)，說明過程正常運(yùn)行；若重新抽樣的測量點(diǎn)落入紅區(qū)，則過程停止，啟動整改。當(dāng)測量點(diǎn)直接落入紅區(qū)（圖3中第8點(diǎn)），需要查明原因，及時糾正。

2.2 自由高控制

2.2.1 數(shù)據(jù)收集

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

表2 連續(xù)一段時間某產(chǎn)品自由高數(shù)據(jù)記錄mm

將表2中數(shù)據(jù)輸入Excel表，可直接導(dǎo)出自由高曲線圖，如圖4所示 。從圖4中可以看出數(shù)據(jù)未超出規(guī)范，但看不出過程能力情況，需要進(jìn)行進(jìn)一步分析。

圖4 某軌道減震器產(chǎn)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(jù)表2數(shù)據(jù)，通過雙邊規(guī)范用的Statistical Analysis工具表可計(jì)算出以下結(jié)論數(shù)據(jù)：

（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(biāo)準(zhǔn)偏差（σ）為0.263 4 mm；（4）準(zhǔn)確度（Ca）為0.25，Ca＜0.125，為A級；

（5）精密度（Cp）為1.9，表示生產(chǎn)能力充分；

（6）精確度（Cpk）為1.42，表示過程中心和規(guī)范中心偏離很小。

（7）過程處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)。

2.2.3 產(chǎn)品自由高紅綠燈信號控制圖的繪制

為了繼續(xù)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(chǎn)品自由高紅綠燈控制圖（如圖5所示），用于現(xiàn)場控制描點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對過程的日常控制。

2.2.4 結(jié)果與討論

由圖5可見，測量點(diǎn)分布寬度小于2σ，過程能力非常強(qiáng)，可以考慮降低檢驗(yàn)頻次，以減少鑒定費(fèi)用；對于測量點(diǎn)落在預(yù)警區(qū)的，需要作適當(dāng)調(diào)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(shù)據(jù)收集

某段時間該軌道減震器剛度收集數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 某軌道減震器剛度數(shù)據(jù)kN·mm-1

2.3.2 控制限設(shè)定及控制圖繪制

該軌道減震器產(chǎn)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(jù)表3數(shù)據(jù)在紅綠燈信號控制圖上直接描點(diǎn)，見圖6。

2.3.3 結(jié)果與討論

（1）從圖6測點(diǎn)的分布可以看出，雖然落入紅燈區(qū)的點(diǎn)未超出規(guī)范，但是實(shí)際剛度分布中心偏離控制中心1.5σ；

圖6 產(chǎn)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(shù)測點(diǎn)落在紅燈區(qū)，預(yù)警很可能會出現(xiàn)超差點(diǎn)，因此工藝需要作相應(yīng)調(diào)整。

3 結(jié)論

（1）雙邊規(guī)范質(zhì)量特性溫度和自由高在SPC的控制階段應(yīng)用紅綠燈信號控制圖具有下列優(yōu)勢。a.數(shù)據(jù)點(diǎn)落入綠區(qū)，過程受控，數(shù)據(jù)點(diǎn)長期落入綠區(qū)，能夠降低檢驗(yàn)比例，可以大幅減少鑒定成本；數(shù)據(jù)點(diǎn)落入黃區(qū)，需采取二次抽樣，根據(jù)二次抽樣結(jié)果確定過程是否可以運(yùn)行；數(shù)據(jù)點(diǎn)落入紅區(qū)，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(guī)范質(zhì)量特性剛度直接在紅綠燈信號控制圖上描點(diǎn)，紅綠燈信號控制圖可作為分析用控制圖，其將特性參數(shù)值控制在±3σ內(nèi)，即把特性不合格率控制在0.27%之內(nèi)。

（3）實(shí)際應(yīng)用證明，選用紅綠燈信號控制圖對橡膠產(chǎn)品長度和剛度等特性參數(shù)進(jìn)行控制較為合適，其他類似產(chǎn)品的質(zhì)量控制亦可借鑒此方法。