0 引言

    在競爭激烈的全球經(jīng)濟中，產(chǎn)品質(zhì)量對制造企業(yè)具有前所未有的重要作用，只有具備良好的質(zhì)量管理、控制和保證體系，才能確保產(chǎn)品或服務(wù)達到質(zhì)量要求。而大多數(shù)制造企業(yè)在生產(chǎn)中普遍缺乏有效的質(zhì)量信息采集、處理、分析、控制和管理的手段，無法有效地改進產(chǎn)品質(zhì)量。

    SPC( Statistical Process Control)即統(tǒng)計過程控制，最早就是由美國質(zhì)量管理專家休哈特(WA.Shewhart)于1924年提出的，其概念是：SPC是借助數(shù)理統(tǒng)計方法的一種過程控制工具，它對整個生產(chǎn)過程進行分析與評價，并根據(jù)其反饋的信息及時發(fā)現(xiàn)偶然因素的出現(xiàn)，同時采取可行措施消除其影響．使整個過程維持在僅受隨機性因素影響的受控狀態(tài)，以達到質(zhì)量控制的目的…。與以往的質(zhì)量控制手段相比SPC的顯著特點是將事后檢驗變?yōu)槭虑皺z測和預(yù)防，針對質(zhì)量特征值的統(tǒng)計規(guī)律，通過控制圖理論對每一道關(guān)鍵工序建立起簡易的控制系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)問題及時發(fā)現(xiàn)并糾正，避免大量不合格品的出現(xiàn)，從而完成對整個生產(chǎn)過程實時監(jiān)控，以達到事前預(yù)防的目的。

    某公司是以研制生產(chǎn)光機電一體化產(chǎn)品為主的國家重點企業(yè)，其精密機械加工車間擔負著公司大部分光電產(chǎn)品的機加任務(wù)，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求極為嚴格。在原有質(zhì)量管理模式下，車間對生產(chǎn)過程沒有有效地監(jiān)控，不能了解生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定；生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)的整理與統(tǒng)計比較零散，沒有系統(tǒng)的統(tǒng)計分析，無法實現(xiàn)對歷史質(zhì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計查詢；不能對質(zhì)量問題進行及時調(diào)整和改善，無法達到預(yù)防質(zhì)量問題的目的。針對上述車間質(zhì)量管理方面存在的問題根據(jù)統(tǒng)計過程控制的原理，運用計算機信息技術(shù)設(shè)計開發(fā)了車間制造過程質(zhì)量管理系統(tǒng)，運用SPC方法對機械加工車間的生產(chǎn)過程進行有效監(jiān)控，對質(zhì)量數(shù)據(jù)進行控制圖分析和過程能力控制，及時發(fā)現(xiàn)問題并糾正，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高管理效率。

1 基于SPC的車間質(zhì)量管理

    1.1 車間質(zhì)量管理業(yè)務(wù)流程分析

    為了應(yīng)用SPC方法解決車間質(zhì)量管理方面存在的問題，對機加車間的質(zhì)量控制流程進行了充分、系統(tǒng)的前期調(diào)研和分析，總結(jié)機械加工車間實際質(zhì)量管理的業(yè)務(wù)流程如圖l所示。

圖1 機加車間質(zhì)量管理流程圖

    機加車間庫管員從公司倉庫領(lǐng)取原材料，經(jīng)過初步的進貨檢驗以確定原材料是否合格，如果存在質(zhì)量問題則進行廢品處理，否則放入車間毛坯庫位等待加工，操作者根據(jù)派發(fā)的零件加工流轉(zhuǎn)單領(lǐng)取原料進行加工，加工完畢后如果該加工工序為質(zhì)量控制關(guān)鍵工序，則送到質(zhì)檢組進行檢驗并填寫相應(yīng)的質(zhì)量檢驗單，檢驗合格的零件轉(zhuǎn)移到下一個加工工段，直到零件在本車間加工任務(wù)完畢后進行報交。對于檢驗不合格的零件如果可以修復(fù)則進行返工操作，否則就要進行廢品處理。質(zhì)檢部門的檢驗人員要將質(zhì)檢數(shù)據(jù)及時錄入系統(tǒng)以便根據(jù)這些數(shù)據(jù)生成各種控制圖和質(zhì)量統(tǒng)計報表。

    1.2 基于SPC的車間質(zhì)量控制流程

    根據(jù)機加車間質(zhì)量管理流程和質(zhì)量控制的具體需求，綜合運用控制圖、直方圖、過程能力分析等SPC技術(shù)，將機加車間質(zhì)量管理系統(tǒng)的質(zhì)量控制流程分為準備、分析和監(jiān)控三個階段，如圖2所示。

圖2 機加車間質(zhì)量控制流程

    1.2.1 準備階段

    在應(yīng)用SPC方法之前，需要識別出對產(chǎn)品品質(zhì)好快起重要作用的關(guān)鍵過程，采集關(guān)鍵過程的產(chǎn)品質(zhì)量信息并進行分析與處理。

    1.2.2 分析階段

    在SPC分析階段需要解決兩個基本問題：一是工序質(zhì)量狀況是否穩(wěn)定；二是過程能力是否充足。前者可利用控制圖這種統(tǒng)計工具進行分析測定；后者可通過過程能力查定來實現(xiàn)。

    1)控制圖分析一生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的質(zhì)量特征值的波動具有統(tǒng)計規(guī)律性，由于影響質(zhì)量因素的系統(tǒng)誤差無法消除且對質(zhì)量波動影響較小，故當只考慮系統(tǒng)偶然誤差時根據(jù)中心極限定理，產(chǎn)品總體質(zhì)量特性服從正態(tài)分布N(μ，σ₂)�？刂茍D正是利用質(zhì)量特性的統(tǒng)計規(guī)律性對過程質(zhì)量加以測定，記錄從而進行評估和監(jiān)察過程是否處于控制狀態(tài)的一種圖表H1。一道關(guān)鍵工序的初期或進行系統(tǒng)改進后總存在不穩(wěn)定因素，因此先要根據(jù)車間實際情況繪制相應(yīng)的分析用控制圖來判斷過程是否受控。如存在異常點則應(yīng)積極采取措施分析原因、調(diào)整過程，剔除所有異因使過程受控。

    2)過程能力分析一在保證過程受控的情況下，計算過程能力指數(shù)Cp，根據(jù)表1判斷過程能力是否合適(Cp≥1)。其中過程能力指數(shù)Cp是衡量受控狀態(tài)下過程的加工質(zhì)量符合公差范圍能力的參數(shù)。當公差的中心值M與數(shù)據(jù)分布的中心一致時，稱過程能力“無偏”，指數(shù)用Cp表示；不一致時稱為“有偏”，指數(shù)用Cpk表示，計算公式如下所示。

    如果過程能力充足，則進入監(jiān)控階段；如果過程能力不足，則要采取措施分析原因、調(diào)整過程，然后重新進行過程判斷和過程能力評價。

表1 過程能力指數(shù)評價表

    1.2.3 監(jiān)控階段

    在過程能力足夠的前提下，通過延長穩(wěn)態(tài)下控制圖的控制線作為控制用控制圖對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控，并通過推移圖和排列圖等輔助圖表分析產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因。如出現(xiàn)異常則及時查明原因，并采取相應(yīng)措施調(diào)整工序，使質(zhì)量過程重新處于穩(wěn)態(tài)。監(jiān)控階段可以充分體現(xiàn)出SPC預(yù)防控制的作用。

    在機加車間的實際應(yīng)用中，對于每道關(guān)鍵工序都必須經(jīng)過以上三個階段，并且在必要時會重復(fù)進行從分析到監(jiān)控的過程。

2 基于SPC的質(zhì)量管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

    2.1 質(zhì)量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

    對于不同的制造企業(yè)，其質(zhì)量目標不同、質(zhì)量體系要素不同、質(zhì)量活動的內(nèi)容及側(cè)重點也不盡相同，應(yīng)該根據(jù)企業(yè)的實際需求設(shè)計和規(guī)劃模塊功能并進行開發(fā)。基于上文所述機加車間質(zhì)量控制流程，結(jié)合車間的實際運作特點、質(zhì)量管理狀況和相關(guān)標準，提出了如圖3所示由監(jiān)控層、數(shù)據(jù)層及應(yīng)用層組成的車間質(zhì)量管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

圖3 機加車間質(zhì)量管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

    1)監(jiān)控層：監(jiān)控層負責機加車間生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制關(guān)鍵工序質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集。現(xiàn)有機加車間的質(zhì)量數(shù)據(jù)采集手段主要有手持數(shù)據(jù)采集終端、人工數(shù)據(jù)采集以及三坐標儀等自動數(shù)據(jù)采集設(shè)備，軟件提供其與數(shù)據(jù)層進行數(shù)據(jù)交互的數(shù)據(jù)接口。

    2)數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層負責軟件系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的存儲和管理。用戶數(shù)據(jù)庫存儲用戶、角色和相應(yīng)權(quán)限信息；質(zhì)量信息數(shù)據(jù)庫負責車間質(zhì)量過程信息的存儲和管理，為控制圖繪制和過程能力分析提供數(shù)據(jù)支持；質(zhì)量控制知識庫管理質(zhì)量控制與調(diào)整過程中的分析診斷及處理方法信息，為質(zhì)量診斷和過程調(diào)整提供參考。

    3)應(yīng)用層：應(yīng)用層集成了系統(tǒng)運行的核心業(yè)務(wù)模塊，包括了控制圖分析模塊、過程能力分析控制模塊等SPC質(zhì)量控制的主要應(yīng)用方法，是實現(xiàn)質(zhì)量統(tǒng)計過程控制的主要途徑。除了以上兩個模塊應(yīng)用層還包括質(zhì)量信息統(tǒng)計以及系統(tǒng)管理模塊。根據(jù)機加車間品種多、批量變化大的特點，控制圖分析模塊選用均值-極差控制圖、均值-標準差控制圖、p不良率控制圖作為分析用控制圖。進入SPC監(jiān)控階段，通過延長控制圖的控制線作為控制用控制圖對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控，并通過推移圖和排列圖輔助分析產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因。過程能力分析模塊負責在車間質(zhì)量過程處于統(tǒng)計穩(wěn)態(tài)后對過程能力指數(shù)進行分析與計算。質(zhì)量信息統(tǒng)計模塊負責數(shù)據(jù)的維護以及質(zhì)量文檔的管理和查詢。除此之外，系統(tǒng)管理模塊實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)置和用戶管理功能。

    基于SPC的車間質(zhì)量管理系統(tǒng)并不是一個孤立的系統(tǒng)，必須和機加車間現(xiàn)有的MES以及企業(yè)級的質(zhì)量管理層集成，才能避免“信息孤島”的出現(xiàn)，使之很好地發(fā)揮作用。系統(tǒng)通過應(yīng)用XML中間件技術(shù)以及同構(gòu)數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)與其他信息系統(tǒng)的信息交互。

    2.2 質(zhì)量管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

    基于上述原理和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下質(zhì)量管理系統(tǒng)必須遵循實用性、安全性、可靠性和開放性等軟件開發(fā)原則并在考慮到機械加工車間實際生產(chǎn)情況的基礎(chǔ)上，利用Microsoft.NET編程環(huán)境開發(fā)了基于SPC的車間制造過程質(zhì)量管理系統(tǒng)。

    軟件系統(tǒng)以O(shè)racle 9i數(shù)據(jù)庫為支撐，Windows為前臺操作平臺，以企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)為運行環(huán)境，通過車間現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備和人工采集及時收集大量生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)，繪制SPC控制圖并進行過程能力分析，實時監(jiān)控每道關(guān)鍵工序的質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)問題，不斷分析質(zhì)量問題中各種影響因素，找出原因井采取解決措施進行針對性預(yù)防和改善，從而達到持續(xù)改進的目的。其中圖4為平均值一極差控制圖界面，圖5為過程能力趨勢圖界面，圖6為質(zhì)量信息綜合查詢界面。

圖4 平均值一極差控制圖

圖5 過程能力趨勢圖

圖6 質(zhì)量信息查詢

3 結(jié)束語

    統(tǒng)計過程控制(SPC)的應(yīng)用是企業(yè)質(zhì)量管理的有效工具，隨著SPC技術(shù)和管理的逐步成熟和普及，使SPC在質(zhì)量管理、質(zhì)量保證中發(fā)揮著越來越重要的作用。質(zhì)量管理作為車間制造執(zhí)行過程中不可或缺的一環(huán)，為上層系統(tǒng)提供大量實際生產(chǎn)中的質(zhì)量數(shù)據(jù)，使企業(yè)的生產(chǎn)可以穩(wěn)定、有序的進行，對于企業(yè)穩(wěn)定提高產(chǎn)品品質(zhì)水平，提高企業(yè)管理水平和企業(yè)經(jīng)營績效具有重要意義。本文介紹了統(tǒng)計過程控制的相關(guān)原理，將SPC技術(shù)與計算機信息技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計并實現(xiàn)了機械加工車間質(zhì)量管理系統(tǒng)，通過對質(zhì)量信息的及時處理和統(tǒng)計評價，改變了企業(yè)原有的人工統(tǒng)計方式，提高了車間質(zhì)量信息采集、統(tǒng)計、分析處理的速度和水平，提高了質(zhì)量控制的時效性和質(zhì)量管理的效率，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

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本文標題：基于SPC的車間制造質(zhì)量管理系統(tǒng)研究

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