0 引言
在競爭激烈的全球經濟中，產品質量對制造企業(yè)具有前所未有的重要作用，只有具備良好的質量管理、控制和保證體系，才能確保產品或服務達到質量要求。而大多數(shù)制造企業(yè)在生產中普遍缺乏有效的質量信息采集、處理、分析、控制和管理的手段，無法有效地改進產品質量。
SPC( Statistical Process Control)即統(tǒng)計過程控制，最早就是由美國質量管理專家休哈特(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)，以達到質量控制的目的…。與以往的質量控制手段相比SPC的顯著特點是將事后檢驗變?yōu)槭虑皺z測和預防，針對質量特征值的統(tǒng)計規(guī)律，通過控制圖理論對每一道關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過程實時監(jiān)控，以達到事前預防的目的。
某公司是以研制生產光機電一體化產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品的機加任務，對產品質量的要求極為嚴格。在原有質量管理模式下，車間對生產過程沒有有效地監(jiān)控，不能了解生產過程是否穩(wěn)定；生產質量數(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)對歷史質量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計查詢；不能對質量問題進行及時調整和改善，無法達到預防質量問題的目的。針對上述車間質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設計開發(fā)了車間制造過程質量管理系統(tǒng)，運用SPC方法對機械加工車間的生產過程進行有效監(jiān)控，對質量數(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，從而保證產品質量，提高管理效率。
1 基于SPC的車間質量管理
1.1 車間質量管理業(yè)務流程分析
為了應用SPC方法解決車間質量管理方面存在的問題，對機加車間的質量控制流程進行了充分、系統(tǒng)的前期調研和分析，總結機械加工車間實際質量管理的業(yè)務流程如圖l所示。
圖1 機加車間質量管理流程圖
機加車間庫管員從公司倉庫領取原材料，經過初步的進貨檢驗以確定原材料是否合格，如果存在質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)的零件加工流轉單領取原料進行加工，加工完畢后如果該加工工序為質量控制關鍵工序，則送到質檢組進行檢驗并填寫相應的質量檢驗單，檢驗合格的零件轉移到下一個加工工段，直到零件在本車間加工任務完畢后進行報交。對于檢驗不合格的零件如果可以修復則進行返工操作，否則就要進行廢品處理。質檢部門的檢驗人員要將質檢數(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量統(tǒng)計報表。
1.2 基于SPC的車間質量控制流程
根據(jù)機加車間質量管理流程和質量控制的具體需求，綜合運用控制圖、直方圖、過程能力分析等SPC技術，將機加車間質量管理系統(tǒng)的質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 機加車間質量控制流程
1.2.1 準備階段
在應用SPC方法之前，需要識別出對產品品質好快起重要作用的關鍵過程，采集關鍵過程的產品質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)控制圖分析一生產過程中產品的質量特征值的波動具有統(tǒng)計規(guī)律性，由于影響質量因素的系統(tǒng)誤差無法消除且對質量波動影響較小，故當只考慮系統(tǒng)偶然誤差時根據(jù)中心極限定理，產品總體質量特性服從正態(tài)分布N(μ，σ2)。控制圖正是利用質量特性的統(tǒng)計規(guī)律性對過程質量加以測定，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的分析用控制圖來判斷過程是否受控。如存在異常點則應積極采取措施分析原因、調整過程，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生質量問題的原因。如出現(xiàn)異常則及時查明原因，并采取相應措施調整工序，使質量過程重新處于穩(wěn)態(tài)。監(jiān)控階段可以充分體現(xiàn)出SPC預防控制的作用。
在機加車間的實際應用中，對于每道關鍵工序都必須經過以上三個階段，并且在必要時會重復進行從分析到監(jiān)控的過程。
2 基于SPC的質量管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
2.1 質量管理系統(tǒng)結構設計
對于不同的制造企業(yè)，其質量目標不同、質量體系要素不同、質量活動的內容及側重點也不盡相同，應該根據(jù)企業(yè)的實際需求設計和規(guī)劃模塊功能并進行開發(fā)。基于上文所述機加車間質量控制流程，結合車間的實際運作特點、質量管理狀況和相關標準，提出了如圖3所示由監(jiān)控層、數(shù)據(jù)層及應用層組成的車間質量管理系統(tǒng)體系結構。
圖3 機加車間質量管理系統(tǒng)體系結構
1)監(jiān)控層：監(jiān)控層負責機加車間生產過程中質量控制關鍵工序質量數(shù)據(jù)的采集。現(xiàn)有機加車間的質量數(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、角色和相應權限信息；質量信息數(shù)據(jù)庫負責車間質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；質量控制知識庫管理質量控制與調整過程中的分析診斷及處理方法信息，為質量診斷和過程調整提供參考。
3)應用層：應用層集成了系統(tǒng)運行的核心業(yè)務模塊，包括了控制圖分析模塊、過程能力分析控制模塊等SPC質量控制的主要應用方法，是實現(xiàn)質量統(tǒng)計過程控制的主要途徑。除了以上兩個模塊應用層還包括質量信息統(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過程進行監(jiān)控，并通過推移圖和排列圖輔助分析產生質量問題的原因。過程能力分析模塊負責在車間質量過程處于統(tǒng)計穩(wěn)態(tài)后對過程能力指數(shù)進行分析與計算。質量信息統(tǒng)計模塊負責數(shù)據(jù)的維護以及質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)的設置和用戶管理功能。
基于SPC的車間質量管理系統(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)通過應用XML中間件技術以及同構數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)與其他信息系統(tǒng)的信息交互。
2.2 質量管理系統(tǒng)的實現(xiàn)
基于上述原理和系統(tǒng)體系結構，以及網絡環(huán)境下質量管理系統(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情況的基礎上，利用Microsoft.NET編程環(huán)境開發(fā)了基于SPC的車間制造過程質量管理系統(tǒng)。
軟件系統(tǒng)以Oracle 9i數(shù)據(jù)庫為支撐，Windows為前臺操作平臺，以企業(yè)內部網絡為運行環(huán)境，通過車間現(xiàn)場監(jiān)控設備和人工采集及時收集大量生產質量數(shù)據(jù)，繪制SPC控制圖并進行過程能力分析，實時監(jiān)控每道關鍵工序的質量，及時發(fā)現(xiàn)問題，不斷分析質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 質量信息查詢
3 結束語
統(tǒng)計過程控制(SPC)的應用是企業(yè)質量管理的有效工具，隨著SPC技術和管理的逐步成熟和普及，使SPC在質量管理、質量保證中發(fā)揮著越來越重要的作用。質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)提供大量實際生產中的質量數(shù)據(jù)，使企業(yè)的生產可以穩(wěn)定、有序的進行，對于企業(yè)穩(wěn)定提高產品品質水平，提高企業(yè)管理水平和企業(yè)經營績效具有重要意義。本文介紹了統(tǒng)計過程控制的相關原理，將SPC技術與計算機信息技術相結合，設計并實現(xiàn)了機械加工車間質量管理系統(tǒng)，通過對質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，提高了車間質量信息采集、統(tǒng)計、分析處理的速度和水平，提高了質量控制的時效性和質量管理的效率，保證了產品的質量。
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