SPC分析平台在物料检测信息化中的应用

姜曼迪 王晓旭 张友南 周贝 蒋富林

[摘 要] 全面的过程质量管理信息化，一般包括以下六个步骤：收集、监控、管理、评估、报告、归档。在T公司进行质量管理信息化建设的过程中，通过引入SPC分析软件及数据自动采集量具，打破了传统产品检测数据手工录入的模式，将纸质记录转化为电子记录，提高检验效率，便于查阅及追溯性管理。同时，建立了检测平台共享数据库，实现现场检测数据的共享及使用，提升了数据处理及传递的效率。

[关键词] SPC；效率提升；数据采集；检测信息化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 09. 039

[中图分类号] F273 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2019）09- 0087- 03

1 引 言

产品质量是操作人员在一定的环境中，运用机器设备，按照规定的操作方法，对原材料加工制造出来的。由于这些制造因素在生产过程中不可能保持不变，所以产品质量必然由于这些客观因素的影响而在生产过程中不停地变化着，这就是生产过程的波动性。在生产过程中，产品质量的波动是难于避免的。主要分为两种：正常波动和异常波动。正常波动是偶然性原因（不可避免因素）造成的。它对产品质量的影响微小，对质量的影响始终存在，由于是随机变化的，所以偶然因素对每件产品的影响程度都有所不同，除偶然因素在技术上难以实现或者在经济上不可行。异常波动则不同，它是由系统原因（异常因素）造成的。它对产品质量影响很大，以致产品质量的不合格，但能够采取措施避免和消除。过程控制的目的就是消除、避免异常波动，使过程处于正常波动状态[1，2]。

统计过程控制（Statistical Process Control），简称 SPC，是一种借助数理统计方法对生产过程进行质量控制的工具[3]。

1924 年，美国数理统计学家休哈特（Walter Shewhart）提出控制和预防缺陷的概念[4]。可以说，休哈特是 SPC 之父。而它应用统计技术对生产过程进行实时监控，科学区分出生产过程中产品质量的随机波动和异常波动，从而对生产过程的异常趋势提出预警，以便生产管理人员及时采取措施。SPC 统计过程控制的目的，就是使过程处于一个稳定并且可以接受的水平，以确保产品质量符合相关标准的要求。为此，所应用的主要工具就是休哈特控制图。控制图法首先用来帮助评估一个过程是否已达到、或继续保持在具有适当规定水平的统计控制状态，然后用来帮助在生产过程中，通过保持连续的产品质量记录，来获得并保持对重要产品或服务的特性的控制与高度一致性。应用控制图技术，并仔细分析控制图，可以更好地控制和改进过程[5，6]。

而在全面的过程质量管理信息化进程中，通过分析过程检测的六个步骤：“采集数据、过程监控、数据管理、结果评估、生成报告、信息归档”来实现。

要实现全面的过程质量管理信息化，必须要针对每个步骤全面提升，搭建信息化检测平台。

2 建设过程中的主要问题分析

以T公司为例，如表1所示，通过统计分析2014-2015年质量损失金额细分，我们得知，T公司65%的损失是在制造过程产生的。其产生原因是缺乏对过程数据的监控、分析及过程风险预测。

而提升过程质量控制水平是有效降低过程质量损失的重要方法，也是T公司实现全面质量控制的当务之急。通过分析，影响T公司过程质量水平控制的主要问题主要有以下几个方面。

2.1 过程数据采集水平落后

（1）检测时，通过人工读数，如图1所示；

（2）读数后，先由人工进行纸质记录后，再将纸质记录转化为电子版，耗时较多；

（3）为方便操作，部分检验员所记录的检测结果为一个范围，而不是准确的数值，不利于后续的质量分析和追溯。

2.2 数据分析能力较弱

（1）由于缺乏准确的数据，导致过程所积累的有效分析数据较少，不利于质量工具的运用和过程质量的控制；

（2）不同人员的工具应用水平不同，文化背景和受教育程度不同，难以形成以检验员为主导的人工分析控制手段。

2.3 无法实时监控产品的质量状态

（1）无法观测到检测数据的变化；

（2）对部分重点产品人工进行的SPC分析，只能事后发现问题，且分析不全面，耗时耗力；

（3）无法对可能出现的问题进行预测。

3 物料检测信息化SPC应用平台搭建思路

过程由人、机、料、法、环组成并实现产品或服务。统计过程控制是一个监视、控制、预防与分析过程的重要工具。我们所要搭建的SPC检测数据信息化平台，是以数学的方法来研究过程，主要着眼于过程的固有变差研究。这些变差主要是由于过程中很多偶然的原因造成的，但他们是可以预防的。

4 物料检测信息化平台的应用

4.1 数据收集

数据采集支持手工录入数据、USB接口设备和单COM设备进行数据自动连接输入。可以同时对多个关系和产品进行数据采集。

在检测自动化平台的搭建过程中，我们采用数显量具进行测量。通过数显具测量被测产品尺寸，经由数显量具上的发射器，配对计算机上所连接的接收器，使被测数据直接录入SPC软件内。当数据录入后，系统自动保存，不需要人为保存数据，这样可以避免断电或网络中断而丢失数据。

4.2 数据分析

当数据收集完成后，工程师或技术人员可以实时查看数据，并可以对数据进行修改和删除等，同时可以针对不同的ID条件和时间等对数据进行查詢分析，并形成控制图进行多种分析，如图2所示。

在上述界面中，选择任何一个控制特性，都会显示该特性的对应的计量控制图、运行图和综合过程能力图。切换控制特性，控制图对应更新切换。

4.2.1 计量控制图

对于计量型数据，控制图能显示Xbar & R、Xbar & S、X & MR或Mdn & R等，同时，控制图上显示图中第一个样本点和最后一个样本点的日期和时间、极差和观测值样本数等。

4.2.2 运行图

运行图是针对单个观测值连续监控的一个控制图。如果我们输入了规范限，在运行图上将会显示。

如果样本数据点在运行图上显示是绿色，则说明数据点落在规范限内。如果样本点是黄色，这说明数据点落在高于中心线75%或低于中心线75%（默认值）的区域。如果数据点落在规范限之外，数据点则显示红色。

4.2.3 过程能力图

过程能力分析图显示过程均值（AVG）与标准值（NOM）、±3σ（3S）和± 6σ（6S）与规范上限和规范下限的关系。Cp/Pp、Cpk/Ppk、Pc（Cr）/Pr、Sigma值、规范限、过程均值、Sigma限和其他的相关参数显示在图表的下方。

5 总 结

搭建SPC信息化检测平台，与原有的MES生产控制程序相对接。根据分析结果，它能科学地区分出生产过程中产品质量的偶然波动与异常波动，从而对过程的异常及时警告，以便人们采取措施，消除异常，恢复过程的稳定。

以T公司为例，2016-2017年质量损失金额细分如表2所示，相比2014-2015年，质量损失金额明显减少。当然，质量损失的降低必然与产品工艺技术的完善、质量管理水平的提升等有着直接关联。但是也从侧面反映了SPC检测平台的应用对公司产品质量的提升有着或多或少的贡献。

主要参考文献

[1]张公绪，孙静.常规控制图标准及其应用[M].北京：中国标准出版社，2000.

[2]Donald J Wheeler，David S Chambers. Understanding Statistical Process Control[M].Second Edition.Knoxville，TN：SPC Press，1992.

[3]王成柱.制造过程质量管理探讨[J].工业工程与管理，1998（5）：41-44.

[4]钱夕元，荆建芬，侯旭暹. 统计过程控制（SPC）及其应用研究[J].计算机工程，2004（19）：144-145.

[5]张凤荣.质量管理与控制[M].北京：机械工业出版社，2006.

[6]宋友成.統计过程控制（SPC）的应用研究[D].天津：天津大学，2002.