SPC在烟叶打叶复烤质量控制中的运用与分析

周玉新，刘余里

(重庆金益烟草有限责任公司，重庆 409600)

烟叶打叶复烤企业是典型的加工制造型企业。如何不断地提高加工过程能力，为卷烟工业提供更加优质的产品，是摆在打叶复烤企业面前最现实、最基本的问题。目前，大多数打叶复烤企业质量控制还处于质量检验阶段，过程控制比较简单、粗放，不能及时有效地发现过程出现的问题，极易产生不合格产品，加工过程控制水平亟待提高。统计过程控制简称SPC，旨在搜集过程有关性能的信息，对过程采取措施，防止不合格产品发生，通过持续地改进，不断提高过程控制能力，从而提升产品质量。目前，国内烟叶打叶复烤企业将SPC技术运用到质量控制上的还很少，本研究以质量控制的分析过程、维护过程、改进过程三个阶段为基点，结合我公司的实践情况，进一步阐述SPC在烟叶打叶复烤中的实践与运用，拟为烟叶打叶复烤企业建立SPC体系提供理论支持［1］。

一、打叶复烤质量控制中的SPC理论与实践

“持续改进我们的过程，不断满足客户的需求”是我们经常听到的口号，那么如何持续改进过程，这就需要运用科学、系统的方法。大家都知道PDCA循环，它是我们解决问题最简单的一种方法，改进过程同样如此。现代质量控制理论将持续改进过程分为分析过程、维护过程和改进过程三个阶段。三个阶段是一个循环，每循环一次，过程改进一次，最终实现产品质量的不断提升。下面以这三个阶段为基点，阐述SPC在烟叶打叶复烤中的运用。

(一)分析过程

首先，要全面认识过程，SPC讲究的是站在系统的角度去审视过程，识别过程中若干子过程的相互关系，经济地减少过程变差，以达到维护和改进过程输出。就烟叶打叶复烤过程而言，其由若干个工序(子过程)组成，各道工序既有独立的工艺任务，又相互影响彼此关联，是个有机的过程链。然而在实际的过程控制中，我们更倾向于完成各道工序自身的工艺任务，却忽视了对相关工序的影响，这对整个过程的控制与改进是极为不利的。对每道工序来说，你应该给相关工序带来什么?你为相关工序带来了什么?这是值得思考的两个问题。为此，要识别各道工序的相互关系，树立立足本职工序，服务相关工序的控制思想，并通过有效的考核来加强工序控制间的良性互动，提高整个加工过程的控制水平。

烟叶打叶复烤是一个不断变化的过程，原料存在变差，人员(操作、检验)存在变差，设备存在变差，方法存在变差，环境存在变差，种种变化，唯一不变的就是变差的存在。正是因为变差的存在，才产生了产品质量特性值(如大中片率、水分值等)的变化，变差产生了产品的偏差。我们总是试图提高产品质量，这就需要解决和减少过程变差。当然首先要了解变差产生的原因，这就需要区分变差的普通原因和特殊原因。

普通原因指的是造成随着时间的推移具有稳定的且可重复分布过程变差的原因，我们称之为“受控状态”。普通原因表现为一个稳定系统的偶然原因。只有变差的普通原因存在且不改变时，过程的输出才是可以预测的［2］。

打叶复烤各项质量指标(大中片率、叶中含梗率、片烟水分值等)均为计量值数据，受控状态下形成的是正态分布(图1)。

图1 变差普通原因形成的成品水分值分布

特殊原因指的是造成不是始终作用于过程变差的原因，即当它们出现时将造成过程的分布改变。除非特殊原因被查出来并且采取了措施，否则它们将继续用不可预测的方式来影响过程的输出(图2)。

图2 变差特殊原因可能形成的成品水分值分布

假设成品水分值形成图2的双峰分布，过程可能的存在特殊原因:一是操作人员改变了水分控制中线，二是来料水分发生了异常变化(原料批次水分、润叶水分、真空回潮水分等引起)，三是其他原因。只有查明上述可能存在的特殊原因，有针对地采取措施，消除或隔离它们，否则它们将继续用不可预测的方式来影响过程的输出，而往往这种不可预测的分布伴随的是不合格品的产生［3］。

世界级质量大师朱兰博士提出:过程问题中有15%是变差的特殊原因引起，有85%是变差的普通原因引起。消除变差的特殊原因需采取局部措施，由操作人员实施解决;消除变差的普通原因需对系统采取措施，由管理层实施解决［4］。

下面结合实例，说明如何区分变差的特殊原因和普通原因及应采取的措施。

例1，润叶工序操作人员为了提高打叶效率，将润叶水分提高了约1.5%，这使得烤片来料水分提高了约1%，但烤片工序操作人员没能及时调整，结果导致成品水分出现异常。对烤片工序来说，来料水分大幅升高是过程变差的特殊原因，为了消除这一特殊原因，操作人员采取了提高烤区温度的局部措施，最终使成品水分恢复了正常。这便是对变差的特殊原因采取局部措施，由操作人员实施解决。

例2，2006烤季前我公司叶片结构中的＜3.18 mm率指标经常超标，为了解决这一问题，操作人员充分发挥主观能动性反复调整，但始终无法解决此问题。后来在管理层的努力下，对一打实施了技术改造，结果叶片结构中的＜3.18 mm率明显改善，基本解决了＜3.18 mm率超标现象。这个例子说明“＜3.18 mm率超标”是由变差的普通原因引起，因此操作人员无法采取局部措施来消除它，只有通过管理层对系统采取措施方能消除。

只有全面地认识过程，理解了过程变差产生的两个原因及应采取的措施，才能科学地分析过程。分析过程需要编制《过程分析图》，解决以下问题:

一是本过程应做什么;

二是会出现什么问题:

——本过程会有哪些变化?

——引起这些变化的变差是特殊原因还是普通原因?

——统计变差各项特殊原因发生的概率大小?

——消除这些变差特殊原因有哪些相应的局部措施?谁去做?

三是过程是否受控，处于受控状态下的过程能力［5］。

关于上述的第三点，理论上只要顾客公差范围一致，在分析过程能力时，是不必考虑原料变差的。然而由于打叶复烤企业的特殊性，原料是农产品，而且进行了分级处理，原料变差太大，不考虑原料变差分析得出的过程能力是不具备任何指导意义的。因此必须对原料进行分组，依据分组的数据，分析在不同原料下过程的当前能力。这样得出的过程当前能力，在下一阶段的维护过程才更具现实指导意义。目前，在我公司实践过程中，分组原则主要是依据原料的耐打性能及吸湿性能。

(二)维护过程

一旦对过程有了较好的认识与分析，就必须使过程维持在一定的当前能力水平上。过程是动态的并且会变化，因此必须监控过程的性能，并采取有效的措施来防止过程发生不希望的变化，同时必须了解所希望的变化并使之保持稳定。控制图是有效监控过程的工具之一，目前控制图技术有两个分支:传统控制图和预控图。

由于打叶复烤加工过程的特殊性:原料是农产品，变差性大，且每个加工批次生产规模小，检测样本量少。根据打叶复烤实际，我公司选择了简单、经济，适合小规模生产，α风险(弃真概率)和β风险(取伪概率)相对较小的预控图(图3)。

打叶复烤过程易产生不合格品，且不合格品难以处置，返工处理会造成很大经济损失。那么当所使用的工具表明过程已改变(出现变差的特殊原因)，如何及时采取有效的局部措施消除或隔离它们，是摆在我们面前十分迫切的问题。解决这一问题，首先需要我们很好地分析过程，当然仅仅靠分析过程得出的结果是不够的;其次是通过有效的考核体系，将维护过程与日常的质量自检、专检，设备的巡检、点检、维修、保养等规定相结合，以达到对人的考核与激励。当控制图发现过程某项参数有异常时，相关人员能迅速根据《过程分析图》“对号入座”找到可能存在的变差特殊原因，再按发生概率的大小，逐一排查，当查明原因后，及时采取对应的局部措施处置，以消除或隔离它们。

图3 成品水分控制

过程质量指标的科学合理控制，是维护过程的核心工作。下面结合我公司实践，谈谈叶中含梗率、成品水分值两个关键指标的控制。

叶中含梗率是一项关键性指标，它既是顾客关注的质量指标，又是影响产品经济指标的关键因素。我们在控制中把握了三性:充分性(满足顾客公差规格)、稳定性(偏差小)、合理性(在质量与经济指标之间找到一个平衡点)。如图4，目前我们采取的是3σ控制模式，即根据顾客的公差规格(单边规格)减去3σ作为过程控制的中线，σ的值是依据对过程能力的分组分析结果，因此相对准确、合理。有了控制中线后，我们结合正态分布对指标进行控制并考核:控制中线±σ为良好，控制中线±σ与±2σ之间为一般，控制中线±2σ与±3σ之间为差，控制中线±3σ之外为不合格。通过这样的控制及考核模式，使叶含梗的控制更加科学、合理，以求达到满足上述三性的效果。我公司大片率、碎片率等指标在控制与考核时，同样也采用了上述的模式。

图4 叶中含梗率的控制与考核

如图5，成品水分的控制主要依据三性:充分性、稳定性、安全性。目前客户制定的公差范围都是在充分考虑安全性的基础上，在国家标准基础上进行了压缩，主要有两类公差范围:11.5～12.5或11～12.5。下面根据客户要求，对复烤工序能力情况进行分析:

图5 成品水分的控制与考核

当客户水分标准为11.5～12.5，得出 T=1，要达到3σ控制水平(即Cpk≥1，不合格品率≤0.27%)，若不考虑 ε的影响，则σ至少应≤≈0.167。就目前而言，复烤设备加工精度是无法到达 σ≤0.167，且由于 ε的存在，当T=1时，Cpk一般小于0.67，过程不合格品率一般大于4.56%，甚至加工有些低次烟叶时候高达10%以上，过程能力严重不足。

当客户水分标准为 11～12.5，得出 T=1.5，要达到3σ控制水平，若不考虑ε的影响，则σ至少应≤0.25。就目前而言，要达到σ≤0.25是可以实现的，但由于 ε 的存在，当 T=1.5 时，Cpk一般在0.67 ～1，不合格品率在4.56% ～0.27%，过程能力不充分。

当按国家标准11－13，得出 T=2，要达到3σ控制水平，若不考虑ε的影响，则σ至少应≤，就目前而言，要达到σ≤0.33是容易实现的，考虑到ε的存在，当T=2 时，Cpk一般在1 ～1.33，不合格品率小于0.27%，过程能力满足要求。

通过分析可以看出，当前复烤工序能力指数是不足的。在工序能力不足的情况下，只有当控制中心与公差中心重合时Cpk=Cp(ε=0)取最大值，即过程产生不合格品概率最小。当然在控制中，实际的过程中心基本不可能与规定的控制中心重合，总会产生一定偏移(ε)。ε越小，Cpk越大。需要说明的是，正常范围的ε值是合理的，属于变差普通原因，可以接受，不需采取措施消除;若ε过大，则有可能是操作人员没有找准控制中心，属变差特殊原因，应及时采取措施消除。在我公司的控制与考核中，当ε＞0.25则不予得分，实质上是对特殊原因引起偏差的一种惩罚。运用ε值对工序的考核，是一种增函数模型，实质上是对积极采取措施维护过程的一种激励。

烤片工序的控制与考核，样本的标准偏差(σ)，是一个十分关键的数据，σ直接关系到过程能力的水平。一般来说，σ越小过程能力水平越高，控制水平越稳定，σ越大过程能力水平越低，控制水平越不稳定。因此我司的烤片工序的控制是将σ、ε相结合。

(三)改进过程

这里谈的改进过程，是指通过管理层对系统采取措施，减少或改善变差的普通原因，只有到达这一阶段，才是真正地提高了产品质量。

改进过程，首先要了解过程变差普通原因及分布情况。SPC不仅能发现过程变差的特殊原因，也能指明过程变差的普通原因及分布情况，这就为管理层对系统采取措施提供了大量宝贵的数据。譬如SPC对当前过程某一质量特性值分布宽度、中心及状态的指明，运用这些数据，有助于管理层科学的选题、调查现状、设定目标、分析原因、确定要因、制定对策等技术公关活动的开展。当过程得以改进后，则又循环到分析过程阶段［5］。

当然SPC只能帮助我们分析出变差普通原因的分布情况，至于如何解决变差普通原因，这就需要使用更先进的工具，例如试验设计及更先进的控制图，更要靠强大的资源支持。然而任何一个公司的资源都是有限的，从产品满足客户实际效用方面及企业的自身利益来说，打叶复烤企业目前更应关注的是分析过程、维护过程两个阶段，这更符合我们的实际状况，而SPC的最大优势便是在这两个阶段中的出色发挥。

二、打叶复烤质量控制中建立SPC体系的要点及难点

(一)建立过程数据库是SPC实施的前提

SPC的实施需要大量的数据积累，用于分析过程阶段，只有正确识别了过程所处的当前能力水平，才能谈维护和改进过程。

首先是数据的搜集。一是保证数据搜集的全面性，不仅要收集产品的质量数据，还要搜集设备运行参数。二是保证数据收集的时效性和可追溯性:1)产品的质量数据应一一对应当时的设备运行参数。2)每个检测周期内，各个工序所检测的半成品或成品尽可能是同一批原料，以保证数据的可追溯性。这是整个数据收集的难点和关键，若无法做好这项工作，则数据质量将大打折扣，直接影响到今后的分析结果。实践中我司采用的方法是，详细测量整个加工过程物料通过每个工序点的时间，然后按照物料通过各个工序的时间点来制定各个工序的检测时间，以保证我们在同一检测周期内，搜集到的各个工序质量数据来源于同一时段原料。

其次是数据的整理。有了过程的大量数据，还必须对数据进行分析整理。在搜集的大量过程数据里，存在两大类数据，第一类是受控状态下的数据，此时过程只有变差的普通原因，第二类是非受控状态下的数据，此时过程存在变差的特殊原因。因此，分析过程的当前能力水平，只能选用第一类数据，这样得出的能力水平才是我们需要维护的标准。而在分析过程变差的特殊原因及影响程度时，则需要选择二类数据。

(二)过程控制指标相关性分析是SPC实施的基础

打叶复烤各项指标间，相互关联，彼此影响，我们必须通过对各项指标间量化分析，发现其中的规律。首先是对质量指标之间的相关性分析，分析出影响产品质量的关键指标。其次是对关键(质量)指标与设备参数之间进行分析，分析出影响产品质量的关键设备参数及相互关系。只有对指标间相关性有了较好的理解，才能站在相对合理的角度去展开SPC工作。

(三)打叶复烤质量控制中SPC体系实施难点

打叶复烤加工过程有较强的特殊性:一是原料是农产品，变差很大，而且企业自身无法干预;二是整条生产设备自动化控制水平偏低，设备故障率较高;三是检测设备的准确性及精密性不够，检测样本量少。

其中一、二两点易导致整个加工过程受控度较差，存在较多潜在变差的特殊原因，尤其是原料的变差是企业自身无法干预的。那么如何去判断当前过程的受控状态呢?精确地判断一个过程是否受控，是一个相对复杂的数理统计问题，即求证过程特性值服从正态分布。正态分布的偏态系数Cs和峰态系数CE都是为零的，可以通过计算Cs和CE来判断过程是否受控，这里的“受控”是一个相对的概念，因为没有一个现实的过程是理论意义上的完美分布。实际操作中，利用Excel软件对稳定状态下(过程没有发现变差特殊原因)大量的当前数据画直方图进行分析，并运用Excel软件中的数学函数计算正态分布的偏态系数Cs和峰态系数CE，当然实际中Cs和CE绝不等于零，所得出的Cs和CE的范围即维护过程中进行量化判断过程是否受控的标准。

第三点导致了测量数据的误差较大，测量数据的分辨率不足，这就在一定程度上制约了控制图的使用效果。当然。为了克服这一难点，我司实践中对控制图的选用做了大量研究，选择了适合打叶复烤质量控制特点的预控图，并结合实际对控制限的计算及控制图判读原则做了灵活的改进，以达到适应企业实际需求。SPC能否迅速及时的监控过程发现问题，最终要靠人的思维去分析问题，去找到解决问题的对策并加以实施［6］。

三、结论与讨论

1)结合实际，当前烟叶打叶复烤企业工艺和设备管理相对落后，还处在粗放的质量检验阶段，个别企业只是片面追求一个高标准、高指标的质量体系，对烟叶打叶复烤涉及的各项指标间的相关性、协调性重视不够。同时，全国多数烟叶打叶复烤企业对烟叶原料的掌控基本还处于空白阶段，忽视了对烟叶原料数据库的建立、分析和应用。通过SPC的运用，可以清楚地认识过程能力与客户要求的差距，进一步明确烟叶打叶复烤加工过程的改进方向，以便保持和持续优化烟叶打叶复烤的过程。

2)建立过程数据库与分析过程控制指标的相关性，是打叶复烤企业建立SPC体系应重点考虑的前提与基础。SPC体系的实施，要从分析过程、维护过程、改进过程三个阶段入手。首先分析过程变差的两种原因及过程当前能力水平;其次通过适宜工具有效监控过程，及时消除变差特殊原因，维护过程;再次由管理层对系统采取措施，减少或改善变差的普通原因，改进过程。

3)SPC的运用，应结合企业实际运用其理论精髓，并不断根据生产过程输入的5M1E(人、机器、物料、方法、测量和环境)因素变化及时调整，而不能生搬硬套，不切实际地“移植”别人的SPC手册。SPC的运用所强调的是从整个过程、整个体系出发来解决实际问题。运用SPC技术的统计方法和控制图等工具，最终实现打叶复烤工作从结果控制向过程控制、从指标控制向参数控制、从人工控制向自动控制的转变。值得注意的是，SPC的运用并不等于质量的提升，最终要靠人的思维去分析问题，靠人的经验和技术去找到解决问题的对策，靠一个致力于解决问题的团队去实施。

［1］张公绪，孙静.质量工程师手册［M］.北京:企业管理出版社，2002.

［2］张公绪，孙静.现代质量管理学［M］.北京:高等教育出版社，2003.

［3］周黎明.质量控制技术［M］.广州:广东经济出版社，2003.

［4］朱兰，戈费雷.朱兰质量手册［M］.北京:中国人民大学出版社，2003.

［5］博特.世界级质量管理工具［M］.北京:中国人民大学出版社，2004.

［6］钟朝嵩.实用品质管理［M］.厦门:厦门大学出版社，2005.