如何使用控制图提升制造质量

如何使用控制图提升制造质量

控制图是制造业质量控制中的重要工具，它可以帮助判断生产过程是否稳定，及时发现并纠正异常情况。本文将详细介绍控制图的基本原理、应用场景及其在实际生产中的应用价值。

一旦制造过程被中心线化且运行相对良好，便到了采取下一步行动的时机-测量并跟踪重要的产品特性。一种跟踪方法是使用过程控制图。

控制图的主要目的是帮助判断过程是否稳定(在控)或不稳定(失控)。当过程稳定(在控)时，意味着它是可预测的，只受正常随机变异因素的影响。不稳定(失控)的过程同样受到这些常见变异因素的影响，但还受到“特殊”或“可分配”原因的影响。如果您成功地将所有重要过程变量中心线化，并且原材料输入相对一致，那么您的过程应当是稳定(在控)的。

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控制图基础

控制图包含一个重要可量化产品特性的时序趋势。除了该特性的个别数据点外，它还包括基于历史数据(当时过程“在控”)计算的三条线：中间的线对应数据的平均值，另外两条线(控制上限和控制下限)分别代表平均值加减 3σ，其中 σ 等于标准差。

控制图的理论基础

标准差或 σ 表示数据相对于其平均值的分散程度。Walter A. Shewhart指出，当过程稳定(在控)时，理论上超过 99% 的工艺值应落在 3σ 控制限内。若某个值超出这些限制，则表明存在异常或特殊原因，需要对过程进行调整或采取纠正措施。数据呈现上升或下降趋势、周期性模式等非随机模式时，也表明存在特殊原因。

已开发出几种不同的“规则”，用于判断过程何时“失控”并存在特殊原因。有时称其为“西方电气规则”，因为它们最初由 Shewhart 在 Western Electric Company 工作期间制定。

清晰示例

为了更好地理解控制图的工作原理，让我们回顾一下关于中心线化的帖子中咖啡制作的例子，并设想每次制作一壶新咖啡时，都会在 1 到 10 的范围内评估咖啡浓度。然后将结果绘制在控制图上，如下所示：

控制图在咖啡生产中的应用

回忆一下，水平中心线代表近期咖啡浓度数值的平均值，上下两条线代表控制上限和控制下限。如果咖啡制作过程稳定，仅受“普通原因”变化的影响，几乎所有的咖啡浓度值应落在两个控制限值之间，随机分布在平均值上下。

若咖啡浓度低于控制下限或高于控制上限，或者咖啡浓度呈上升或下降趋势，这将表明存在“特殊原因”，需要对过程进行调整或采取纠正措施。

在制造过程中使用控制图

有效使用控制图不仅可以进行过程变更，也可以尽量减少过程变更次数。我们来看几个控制图如何帮助维护过程完整性的例子：

实时过程监控

在实时操作中，有效的控制图应清晰地告知工厂操作员过程何时偏离了控制状态，促使操作员对过程进行调整。

利用您工厂的生产信息管理系统 (PIMS) 或数据可视化软件设置包含平均值和数据限值的视觉时间趋势图。配置警报或提醒，以便当标签值超出控制限值，或出现“特殊原因”迹象(符合其他西方电气规则之一)时触发提醒。

按品种/产品过滤控制图，以获得对单个过程更清晰的认识。

根本原因分析

有效控制图的另一个关键功能是促进根本原因分析活动的开展。许多 PIMS和软件允许用户为失控事件分配标准化原因并添加注释。这些事件随后可用于使用帕雷托图和KPI 报告进行分析，以识别易于改善的问题并优化过程。

帕雷托图可以与控制图结合使用，以确定生产缺陷的根源。