MES环境下基于SPC控制图的统计方法应用研究

孙宝红 李质璠

摘 要 针对烟草工业生产过程质量控制问题，在制造执行系统环境下，通过SPC实现在线数据的实时监控与离线数据的统计分析。SPC依托统计原理，以控制图为主要统计分析方法来分析过程及其输出，达到监控与改进产品质量的双重功效。

关键词 制造执行系统;SPC;SPC控制图;统计

引言

烟草行业积极推行数字化生产，推动网络化技术综合运用，通过将制造执行系统、统计过程控制系统的信息化集成，形成“互联网+”的综合集成制造系统。引进统计应用系统，加强信息化管理系统的建设，是从整体上提升精细化加工水平、数字化控制技术和柔性化制造能力的必然要求。

1MES系统

制造执行系统（MES）是实现车间生产信息化的技术手段，是计划与生产之间承上启下的实时信息通道，通过传递信息，优化管理产品的整个生产过程[1]。

但MES系统的功能局限于生产订单的调度与执行，在工艺质量方面存在不足之处。主要表现在以下几点：

（1）MES系统可统计指标及参数的统计量如均值、CPK 及标准偏差等，但无法确定生产运行中的关键指标和参数是否稳定。

（2）MES系统控制方式简单，未采用控制图、直方图等技术预防监控指标和参数的异常情况。无法达到“控制前移”，以起到预防作用。

（3）MES系统无在线质量异常处理平台，出现质量问题需依靠手工处理，难以跟踪及实现在线闭环管理，同时不易于推行操作标准化及知识经验共享。

为满足车间工艺质量控制要求，我们通过MES系统与SPC结合的方式取长补短，以加强统计技术在质量管理中的应用。

2基于MES的统计过程控制系统

2.1 SPC

统计过程控制（Statistical Process Control）是一种借助数理统计方法的过程控制工具。它评价分析生产过程的实时数据并反馈信息，从而及时发现系统性因素出现的征兆，并采取相应措施消除其影响，使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态，以达到控制质量目的。

2.2 SPC控制图

控制图是用于分析和判断工序是否处于稳定状态所使用的带有控制界限的图。SPC控制图是对过程质量加以测定、记录从而进行控制管理的一种过程控制方法，是统计过程控制SPC的重要工具[2]。

根据统计数据类型的不同，控制图分为计量控制图和计数控制图。烟草工业生产中的计量型数据包括烟丝的水分值、物料的流量、重量、物料温度、加香、加料误差等。计数型数据包括废品的件数、烟支缺陷数、烟丝的不合格批数等。计量控制图包括Xbar-R图（均值-极差图）、Xbar-S图（均值-标准差图）、X-MR图（单值-移动极差图）、X-R图（中位数图）;计数控制图包括P图（不合格品率图）、np图（不合格品数图）、c图（不合格数图）、u图（单位产品不合格数图）。

根据控制图的作用，控制图分为分析用控制图和控制用控制图，主要对应在SPC的分析、监控阶段。分析阶段通过收集的生产过程数据，计算出中心线及上下控制线并绘制分析用控制图，判断生产过程是否稳定受控、过程能力是否满足要求。若不能达到要求，要找出失控原因，直到没有异常点并且达到要求后才能转换为控制用控制图，进入监控阶段。监控阶段的主要工作是使用控制用控制图进行监控。通过分析用控制图得到的中心线和上下控制线绘制控制图，对过程实时监控，当过程出现异常点表明过程失控或发生改变，必须寻找原因并尽快消除其影响。SPC在生产现场使用的是控制用控制图，达到预防控制的作用。

2.3 SPC系统应用价值

在烟草生产的实际应用中，引进SPC系统是本企业生产工艺过程管理中一项重要技术手段。SPC系统主要采用控制图等统计技术来分析过程及其输出，依托中心极限定理及工艺参数的正态分布、特征值的正态性、正态分布特征值的统计特性、小概率原理等统计原理，通过SPC控制图清楚的了解过程能力的质量与过程受控情况，以便采取必要措施获得且维持统计控制状态，起到预防不良、控制浪费的作用，并提高生产过程能力。

SPC系统从MES系统提取基础生产数据及相关标准，结合采样及报警规则对关键监控点及参数进行监控、分析，按照规范的流程对质量异常进行改进，最终将异常处理结果汇总形成质量经验库，支持先进经验学习和推广。MES与SPC是组成烟草行业信息化框架的重要系统，它们既分工明确，又紧密联系。一方面，MES为 SPC提供采集的生产实时参数及指标。另一方面，MES为SPC提供质量标准及工艺标准等基础数据，实现了信息流动和集中共享，为卷烟厂开展生产和工艺质量管理提供了基础保障。

SPC系统对生产过程数据实行在线趋势实时控制，对生产质量进行定量管理，通过逐个因素分析找到末端原因，从而确保生产过程持续稳定、可预测;监控过程波动、协助减少过程波动，为解决深层次问题提供现代化的科学方法，提高烟草生产精细化制造水平[3]。

3结束语

对于烟草生产企业来说，SPC系统是建立烟草精细化制造体系的一个重要应用。通过SPC系统实现在线数据的实时监控与离线数据的统计分析，达到监控与改进产品质量的双重功效。

参考文献

[1] 沈晓杰，李郡.基于制造执行系统的统计过程控制在质量管理上的應用[J].工业控制计算机，2012，25（9）：108-109.

[2] 陆秋林，时秋菊.统计过程控制在婴儿双歧杆菌生产过程中的应用[J].食品安全导刊，2017（3）：151-152.

[3] 李建辉，黄胜.SPC系统在卷烟工艺质量中的应用——湖南中烟长沙烟厂SPC系统的管理应用[J].中国制造业信息化期刊，2008（24）：73-75.

作者简介

孙宝红（1988-），女，山东省潍坊市青州市人;学历：硕士，现就职单位：山东中烟工业有限责任公司青州卷烟厂，研究方向：计算机类、统计类。

李质璠（1994-），女，山东省潍坊市青州市人;学历：学士，现就职单位：山东中烟工业有限责任公司青州卷烟厂，研究方向：电气类、统计类。