统计过程控制在产品尺寸管控中的应用研究

李戈

摘要：论文通过介绍SPC在中航富士达产品尺寸管控中的应用，不仅能够提升过程能力、提升员工素质，而且能显著降低成本，提高效益，对其他企业快速有效实施SPC有一定借鉴价值。

关键词：统计过程控制 关键尺寸 层次分析法 模糊综合评价法

Application of Statistical Process Control in Product Size Control

—Case on China Aviation Forstar S&T Co.， Ltd

Li Ge （ Shaanxi Institute for Energy Quality Supervision & Inspection ）

Abstract： This paper introduces the application of SPC in China Aviation Forstar S&T Co.， Ltd product size control. It can not only enhance the quality of the staff， improve process capability， but also significantly reduce costs and improve efficiency. It has some reference value for other enterprises to implement SPC quickly and effectively.

Key words： Statistical Process Control （SPC）， key size， Analytic Hierarchy Process（AHP）， Fuzzy Comprehensive Evaluation

强化检验过程并不能影响产品的质量，质量是靠生产制造出来的，因此企业提升产品的质量，就必须要重点控制产品的生产过程[1]，使得生产出来的产品质量过关，只有这样才会降低不良率，节约成本，为进一步提升质量提供条件。制造产品的过程中，常由于某些原因导致产品尺寸精度存在一定的波动，对产品质量来说这种波动的影响是很大的，为了预防和消除这种波动，企业往往采用过程控制的方法。运用过程控制的方法可以避免或消除产品制造过程中产生的异常波动，使制程处于受控状态。如今，规模较大的公司在生产过程中都运用统计过程控制（Statistical Process Control，SPC）技术，SPC已成为制造业质量管理中成熟的工具。

SPC重在全过程管控、全系统参与，特别强调用科学严谨的统计方法来确保全过程的稳定。大量实践证明，运用SPC可以使企业在质量控制上实现“事前”预防以及过程控制。但是在我国实施SPC进行质量管控的行业不多，主要涉及的行业为汽车及其相关零部件的制造、配套的电子/电器的机械加工过程等。而其他类型的企业对SPC的关注较少，通常依靠事后检验的方式进行质量管控，导致质量问题频发，以至于质量成本越来越高。

1 相关概念

1.1 统计过程控制

统计过程控制，即利用数理统计的工具，对过程采集的样本数据进行统计分析，以确定生产过程的波动是否可以接受。若此波动对质量稳定性产生不良影响，则需要调整工艺参数，使产品质量特征值趋近要求的目标值，使全过程保持在只受偶然因素影响的稳定状态下。为了提高过程的高效性，强调在可控和有制程能力的条件下开展，使产品的特性能够持续稳定地满足客户的要求。

1.2 关键尺寸

产品关键特征存在偏差就会导致严重的质量问题，关键特征（Key Characteristic，KC）指其生产过程产生的不良现象对产品的性能产生重大影响的 参数。

2 中航富士达质量概况

中航富士达科技股份有限公司创立于1998年5月，隶属于中国航空工业集团公司，公司主要研发、生产和销售射频同轴连接器、微波无源器件等产品，产品广泛应用于通讯、国防以及航空航天、精密仪器等领域。至今，公司在国内射频同轴连接器行业综合实力排名处于前三位，公司在生产过程中，注重各种质量管理工具在实际质量管理工作中的合理运用。通过企业文化精细化质量改进、职能管理精细化质量改进、产品研发生产精细化质量改进，大大提高了产品质量，但偶发的产品尺寸超差现象时不时会收到客户的反馈。

3 中航富士达SPC实施

构建一个系统、清晰的实施流程是保证SPC在企业内部成功实施的关键。实施的具体工作内容 如下：

1. 实施准备

（1）确认职责；

（2）明确定义；

（3）控制要求。

2. 确定控制点

（1）识别关键过程；

（2）确定过程关键变量（特性）；

（3）制定过程控制计划和规格标准。

3. 确定测量系统

（1）选择合适的测量工具；

（2）分析测量系统。

4. 获取数据

（1）采集数据；

（2）分析处理数据。

5. 做分析用控制图

（1）选择控制图类型；

（2）计算统计特征量并绘制分析用控制图。

6. 分析控制图

（1）选择判异准则；

（2）判断过程是否受控；

（3）分析异因。

4 富士达产品的尺寸控制原则

中航富士达产品射频同轴连接器关键尺寸控制的重要環节点识别需从如下两方面着手：

（1）关键工序和特殊过程；

（2）制作过程导致产品尺寸失效频率高的环节。

关键尺寸加工工序识别和确认原则：

（1）形成关键、重要特性的过程；

（2）加工难度大、质量不稳定、不合格易造成重大经济损失或重大影响的过程；

（3）波动将对产品的装配、性能、使用寿命或可制造性产生重大影响的过程。

5 基于SPC的关键尺寸管控过程

本次运用SPC对产品的关键尺寸进行管控，在过程能力CPK从整体不达标到达标一共试验了三批：

前两批通过率过低，第一批总体不达标，第二批整体制程能力有所提升，但仍不达标（CPK≥1.33为达标），四种零件的关键尺寸具体的过程能力变化趋势如图1～图4。（图中纵坐标为制造过程能力值（CPK），横坐标表示的是零件各个关键部位尺寸的合格范围，我们将在这个范围内研究它的集中能力，提高它的过程能力。）

以上四种零件在不同产线生产了三批，结合关键尺寸的过程能力变化可以看出，前两批产品的过程能力都不达标，经过两次PDCA的循环改进，第三批的過程能力全部达标，具体分析如下：

（1）第一批

数据分析：尺寸在公差极限波动，CPK值大概都在1.0以下；

原因分析：人员方面：操作员多为新进员工，经验少、产品定位不熟练，导致部分产品在车外圆时有轻微的摆动；

机台方面：机台精度低并且刀具有钝化现象，导致切削不到位。

临时对策：

人员方面：将操作工换成2年以上的熟练工，并且对产品的夹装位置作出明确规定，避免人为因素导致不良品产生；

机台方面：将产品加工转至高精度机台，并由专人定期对刀具进行检查，杜绝因刀具钝化造成不良品产生。

（2）第二批

数据分析：第二批尺寸密集性差，且很大一部分零件具有一定的椭圆度，导致过程能力仍不达标；

原因分析：机台主轴因未及时保养，导致旋转不稳定，使零件在加工过程中切削深度不一致，产生了椭圆。

临时对策：立即对相关机台进行保养，重新进行首件测试，无椭圆方可继续安排生产，并安排专人负责主轴的保养与维护。

长期对策：机台主轴维护与保养，维持生产环境稳定，同时定人定岗定机台作业；

效果说明：第二批零件的关键尺寸CPK值有显著提升；

第二批问题点：尺寸密集性差，且很大一部分零件有一定的椭圆度，造成数据波动大，过程能力不足。

（3）第三批

按照过程能力分析标准，CPK计算标准为：特级加工CPK大于1.67；一级加工CPK在1.33～1.67理想的状态，并只占67%～75%的公差，维持现状；二级加工CPK在1.00～1.33确实进行过程控制，使其保持在管理的状态，当CP接近于1时，会有不良品产生，尽可能改善制成能力及生产能力；三级加工CPK在0.67～1.00需要改善过程，过程的中心在规格内，但部分分布超出规格限；四级加工CPK小于0.67制程基本处于失控状态。为满足项目要求，本项目CPK为一级加工标准，即CPK需大于1.33。

效果说明：第三批CPK达标率提升至100%。

分析总结：通过本次小批量试验以CPK以及零件的产出合格率数据分析可得出，三批试验数据呈明显改善趋势，在定人定岗定机台且制程无异常的生产条件下，制程能力稳定，CPK值可达1.33以上，合格率达到了100%。

6 实施评价

根据本文采用模糊综合评价法对统计过程控制在中航富士达的实施效果进行综合评价，见表1。

统计表1打分结果，形成隶属度矩阵，并结合模糊综合评价法的计算步骤，经过计算得出评判集S=（0.025，0.112，0.319，0.421，0.123），根据最大隶属度原则，最大值为0.421，属于第四等级。也就是说本次统计过程控制在中航富士达产品尺寸管控的应用后，达到的效果较好，属于较高水平。

7 研究结论

本文通过将统计过程控制运用到企业核心产品的关键尺寸管控中，对采集的数据进行处理分析后，参考过程能力指数对中航富士达公司的部分产品加工过程进行监控，第一时间发现质量隐患，制定相应的改进措施以及配套的验证改进效果，最后利用模糊综合评价法对SPC的实施效果进行了评价，得出以下结论：

（1）通过对中航富士达公司产品的关键尺寸的加工质量分析，发现外径尺寸存在加工问题，虽然表面上抽到的产品都是合格的，但是由于产品尺寸精度波动范围超过生产工艺的要求，从而造成企业生产成本的上升。

（2）在对产品直径尺寸的数据进行收集后，根据这些数据绘制控制图发现产品的直径尺寸在加工过程中存在异常。从人、机、料、法、环、测六个角度分析了导致这种异常产生的主要因素。

（3）从发现产生的异常点入手，制定改进措施。在该厂的实际生产过程中，第一步要在加工前对夹具进行仔细检查，保证毛坯的中心与机床的旋转中心一致。加工方式上，使用金属切削加工液，起到润滑、冷却、清洁、防锈的作用。在切削过程中，可以减小切削刃与加工表面间的相互摩擦作用，提高产品加工表面的表面质量。对环境温度的控制也非常重要，将车间温度控制在一定的范围。

（4）建立实施效果评价体系，对改进后的结果进行评估。该评价指标系统能考虑到有效实施SPC的各种因素影响，为统计过程控制在关键尺寸的管控指明了提升和改善的方向。

（5）利用模糊综合评价方法对SPC的实施效果进行评价。根据评价结果的分数，SPC在该企业的应用还是得到了大部分员工的认可，能够继续实施下去。在后期SPC的应用中还应在保证符合经济性的前提下，注重对员工专业技能的培训，加强全面质量管理体系建设，增加全员参与的热情。

参考文献

图布新. 质量统计过程控制技术SPC 的应用及实现方法[J]. 科技展望，2016（09）：141-143.

Montgomery D C. Introduction to Statistical Quality Control [M]. Hoboken， NJ： John Wiley & Sons， 2005.

钱仲侯，王成斌，孟玉珂. 多元质量控制[M]. 北京：中国铁道出版社，1995.