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SPC是汽车行业品质管理的重要工具之一,AIAG为此写了一整本书,如何利用SPC来管理一个制造过程。

I. SPC的应用范围:存在特殊特性的工序

一个从原材料到成品的制造过程通常包括很多个工序,而每个工序又需要控制多个产品或过程参数。将SPC应用于所有工序的所有参数既不经济也不必要。那么哪些工序上的哪些参数需要使用SPC呢?这个应该依据控制计划来决定。如果控制计划中确定某个产品或过程参数的控制方法是SPC(如下图红圈内所示的控制方法为 X¯−R 控制图),则该参数的控制需要应用SPC。但控制计划中又如何决定哪个参数的控制应采用SPC呢?常见的一个做法是如果某个参数被确定为特殊特性,则该参数的控制需要使用SPC

II. 采用SPC管理过程之前应先完成测量系统的分析

在应用SPC管理任何制造过程之前,应先完成测量系统的分析。例如,上图的控制计划中需要对切断后的长度实施SPC的话,在此之前需要先对测量长度所用的测量系统进行分析,以确保测量系统本身引起的变差(例如GRR)对测量结果不产生显著影响 (关于测量系统的变差如何影响SPC的讨论,请参考此文)。在此基础上从SPC得出的关于制造过程的判断,才会有较大的可信度。

III. 过程设计开发阶段SPC的使用:初期过程能力研究和放行

用SPC管理一个制造过程从它的设计开发阶段就需要开始了。如果制造过程的某个工序存在特殊特性需要应用SPC对其进行控制,则该工序在投入量产之前,需要对它进行研究,在确认它达到以下要求后,才可以放行用于量产:

  • 过程不存在特殊原因
  • 过程能力达到既定的要求

这两点都可以通过SPC来判断。具体的操作步骤如下:

1) 采集  25个的子组,且所有子组包含的样品数量应  100(例:收集25个子组,子组容量应为4)。子组样品的采集应遵守以下原则:子组内应尽可能减少特殊原因存在的机会,而子组间应尽可能包括特殊原因存在的机会(关于此原则的解释请参考此文)

2) 根据这些采集的子组数据计算控制限,并以此控制限制作控制图。根据绘制的控制图,识别过程是否存在特殊原因。如果有,则分析原因并采取措施消除存在的特殊原因,同时剔除这些存在特殊原因的子组,用剩下的子组重新计算控制限,再根据新的控制限制作新的控制图,根据新绘制的控制图,识别是否存在特殊原。。。重复以上的循环直至控制图中不再包括特殊原因引起的子组。由于在上述过程中,会不断的剔除部分子组,当剩余的子组数量小于25或样品数量小于100时,应采集新的子组来补充。

3) 计算过程参数Cp, Cpk, Pp和Ppk(因为过程的平均值被拉近至目标值,Cp和Cpk,以及Pp和Ppk应较为接近)。比较Cpk和Ppk的值,如果相差较大,则代表制造过程依然存在特殊原因,应采取措施消除特殊原因(具体解释请参考此文)。在此步骤之后,过程中的特殊原因已经消除,过程将达到稳定受控状态。

4) 重新采集足够的子组计算过程的平均值,与目标值进行比较。如果两者相差较大,则应采取措施消除过程平均值偏离目标值的原因。如何判定过程平均值和目标值相差太大并无明确的标准,可以由公司内部规定,例如,可规定平均值和目标值之差超过1个标准差 σc 即是比较大了。

5) 重新采集足够的子组计算过程参数Cp, Cpk, Pp和Ppk,看这些参数是否达到目标要求(例如 Cpk≥1.33 )。如果过程参数未达到目标要求,应采取系统性措施以减少过程的普通原因。

6) 在完成以上这些措施后,重新采集足够的子组,计算控制限,绘制控制图。此时,过程的特殊原因已经消除,所以过程处于稳定受控状态,同时过程的普通原因也已经得到控制,所以过程参数能达到既定的要求,过程可以放行投入到量产中。

IV. 量产过程中SPC的使用:过程的监控、改善和变更

在制造过程得到放行投入量产后,应继续应用SPC来监控该过程。监控时应沿用上面步骤6中所建立的控制限,这个控制限如无特殊原因不应更改。监控的项目跟过程研究阶段一样,包括:

1) 是否有信号显示过程存在特殊原因,如果有,应采取措施消除特殊原因;

2) Cpk和Ppk的值差别是否较大,如果是,应采取措施消除特殊原因

3) 过程平均值跟过程目标值差别是否较大,如果是,应采取措施拉近过程平均值与目标值;

4) 过程参数是否达到要求,如果没有,应采取措施减少普通原因以提升过程能力和表现。

量产中的过程监控需要考虑的一个问题是过程平均值和过程参数应如何计算。由于过程在量产阶段可能会随时间出现变化,例如机器震动越来越剧烈、新员工替代老员工、原材料品质的变化等,我们需要监控的是过程最新的状态,所以在计算量产中的过程平均值和过程参数时,不应使用自过程放行以来所有采集的子组,而是应该只用最近一段时间内采集的子组,例如最近一个星期内采集的子组(如果子组采集的频率较高的话)或者最近采集的25个子组(如果子组采集频率较低的话)。

量产中的制造过程除了满足上面提到的4项要求外,还应满足品质管理的一个重要理念即持续改进,所以还需要考虑对一个稳定受控且Cpk等参数达到要求的制造过程进行改善。这个改善只能通过系统性措施来减少普通原因的影响,从而降低由普通原因引起的过程的离散程度,提升过程的能力和表现。在完成改进后,应重新采集足够的子组,并计算过程新的控制限,并以这个新的控制限实施对过程的监控

上面所提到的改进,应不改变过程的平均值,而只是缩小过程的离散程度,即过程的控制限,如下图所示:

但在量产阶段还可能会出现一些变更,例如设备的搬动、材料的更换等,可能会产生如下的三种结果。对于这些变更,即使变更后过程Cpk等参数依旧满足要求,汽车行业的客户也通常都会要求提交变更通知,在得到客户的允许后才可以实施这些变更。所以在策划变更时,应监控变更前后过程的平均值和控制限的变化,由此来决定变更是否需要通知客户,并最终确定变更是否可行。


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