SPC在汽車零部件生產企業質量管理中的應用

耿麗紅

(天津三國有限公司 天津300385)

0 引 言

對于汽車制造企業來說，汽車零部件產品種類繁多，如果采用最終人工檢測方法，不僅耗費人工和時間，一旦檢測出不合格產品，還會造成經濟上損失，不利于企業的市場競爭。統計過程控制(SPC)是指應用統計分析技術對生產過程進行實時監控，及時發現生產過程中的異常波動，對生產過程中的異常趨勢進行預警，便于生產管理人員及時采取措施，消除異常，使生產過程恢復穩定，及時阻止不合格品產生，從而達到減少質量損失的目的。

為了提升企業在市場中的競爭力，需要通過汽車企業 IATF 16949質量體系認證，SPC作為 IATF 16949認證一項重要考核指標，已經成為許多企業質量管理中不可缺少的工具和質量保證手段。

綜上可知，SPC的具體作用如下：

①降低產品不良率，減少產品報廢損失，提高企業生產效率。

②減少客戶投訴產生的選別、退貨、換貨質量索賠費用。

③實時掌握產品質量動態，及時發現異常波動，消除異常因素。

④提高企業信息化水平，提升企業形象，獲得更多客戶。

1 SPC原理

1924年，美國休哈特博士提出將“3σ原理”運用于生產過程當中，并發表了著名的“控制圖法”。SPC是Statistical Process Control的簡稱，中文為統計過程控制。SPC是運用統計技術對生產過程進行評估和監控，建立并保持過程處于可接受的并且穩定的水平，從而保證產品與服務符合規定要求的一種質量管理方法。在控制技術上，生產控制方式為 3σ控制方式，當只有偶然因素影響時，產品特性服從正態分布N(μ，σ2)，P(-3σ＜X＜3σ)＝0.997，X 落在如圖 1 所示控制線(μ-3σ，μ+3σ)之外的概率只有 0.27%，這無疑是小概率事件。小概率事件在一次實驗中幾乎不可能發生，若發生則判斷為異常。

圖1 SPC控制圖Fig.1 SPC control chart

2 SPC應用實例

2.1 控制圖建立

控制圖分為分析用控制圖和控制用控制圖。首先建立分析用控制圖，目的在于建立管控控制線，建立分析用控制圖前，要將生產過程調整到統計控制穩態(即服從正態分布)和技術控制穩態(即Cpk≥1.33)。

①收集采樣數據：取 20～25個子組，子組樣本量為4或5。

式中：x1，x2，…，xn是子組測量值，n為子組容量。

Ri=Xmax-Xmin

式中：K為子組的數量；Ri和ˉ分別為第i個子組的極差和均值。

④計算R圖控制線：

式中：UCLR為上控制線，CLR為中心線，LCLR為下控制線，D3、D4為常數，它們隨樣本容量不同而不同，數值見表1。

表 1 D3、D4系數Tab.1 D3 and D4 coefficients

⑤計算X圖控制線：

式中：UCLX為上控制線，CLX為中心線，LCLX為下控制線，A2為常數，取值隨樣本容量不同而不同，數值見表2。

表2 A2系數Tab.2 A2 coefficients

⑥繪制控制圖：

控制圖如圖2所示。

圖2 分析用控制圖Fig.2 Control chart for analysis

制動卡鉗是公司汽車產品，外徑尺寸通過無心磨床加工，由于該外徑尺寸具有關鍵特殊屬性，需要應用SPC進行管控。首先確認生產過程穩定，在5M1E沒有變化的情況下進行取樣，還要確認設備工程能力Cpk≥1.33，才可以實施SPC管控。

2.2 驗證設備工程能力

在設備穩定和 5M1E沒有變化的情況下連續抽樣30個產品，計算Cp和Cpk雙側公差工程能力：

式中：TU為上公差限，TL為下公差限，K為偏移度，T為公差幅度，ε為分布中心μ相對公差中心M的偏移。

計算后無心磨床設備工程能力 Cpk=2.73，達到技術穩態，可以實施SPC。

2.3 選擇子組大小、頻率和采集數據

采用合理子組原則，子組一般由 4～5個連續生產產品組合，這樣做為了在盡可能短的時間內連續采樣，實現在人、機、料、法、環沒有變化的情況下取樣。所以取樣在同一批材料、同一臺設備、同一班組進行，子組數量采用 n＝5。通常情況下取 20～25個子組可以很好地檢定穩定性，本例采用子組數量為 25。

2.4 采樣頻率

最初采樣時，通常是在連續加工條件下在很短的時間間隔內進行采樣，目的是為了檢查過程在很短的時間間隔內是否有不穩定的因素存在。不穩定因素可能是操作人員變化、更換設備零件等。當證明過程穩定時，采樣的時間間隔可以加長，本例中采樣頻率為1min，受控過程2h。

2.5 控制圖繪制

采樣后使用外徑千分尺逐個測量產品外徑，注意使用量具精度必須滿足公差范圍1/10，以保證足夠分辨率。通過軟件計算，自動生成控制圖和控制線，如圖3所示。

2.6 實施SPC管控

控制線做成后，開始在生產過程中實施監控，采樣頻率為每班次首末件。當發生異常時，控制圖自動報警，判異遵循8條判異準則。

準則 1：一個點遠離中心線超過 3個標準差，說明對過程中的單個失控做出反映，如計算錯誤、測量誤差、來料不良、設備故障等，應及時修正。

準則 2：連續 9點位于中心線一側，說明過程中心發生了偏移，應及時調整設備。

準則 3：連續 6點上升或下降，說明工具逐漸磨損，應及時更換刀具。

準則4：連續14點上下交替變化，說明存在多個過程混合、不同測量人員輪流測量、不同人員輪流操作。

準則5：連續3點中有2點落在中心線的距離超過 2個標準差(同一側)，說明過程中μ發生了變化(分布寬度已變寬)。

準則6：連續5點中有4點落在中心線的距離超過 1個標準差(同一側)，說明過程中μ發生了變化(分布寬度已變寬)。

準則 7：連續 15點排列在中心線 1個標準差范圍內(任一側)，說明數據虛假、分層不夠，過程能力變好(需嚴格論證)。

準則8：連續8個點距中心線的距離大于1個標準差(任一側)，說明數據分層不夠，存在多個過程混合。

3 SPC在推進過程中存在的問題

3.1 沒有進行測量系統分析

在實施 SPC前沒有進行測量系統分析(MSA)。如果使用的測量系統不能滿足 R&R≤10%，測量結果不準確，導致SPC監控失去意義。在實施測量系統分析之前，首先要保證測量關鍵特性所使用量具的精確度應是被測量特性公差的1/10，避免測量值分辨率不夠造成SPC監控結果錯誤。

3.2 分不清控制線和公差線

在實際應用中，作業者通常問的問題是“我的測量數據在公差范圍之內，為什么還要報警？”公差線由產品設計者決定，控制限由設備的加工能力和管理者決定。公差線與控制線沒有任何關系，控制圖上的點波動只能判定過程是否穩定，與產品規格無關。

3.3 現場作業人員的專業素質有待提升

SPC數據錄入和首先發現問題的往往是一線作業者，如果他們不理解控制圖原理，那么SPC無法有效實施。所以首先要得到領導層的重視，激勵員工學習并積極參與到 SPC應用中去。企業需要加強 SPC培訓，加強培訓是保證 SPC 能夠被正確理解和運用的關鍵。

4 結 語

統計過程控制(SPC)是企業質量管理的有效工具，具有重要的實際應用推廣價值。本文全面介紹了SPC在汽車機加工零件的實施步驟和產生的實際問題。通過應用 SPC可以有效提高零部件生產過程中的穩定性，減少不合格品的產生，對于提高企業效益，降低生產成本，提高企業競爭力具有重要的促進作用。