朱曉琳，朱玉杰*，徐琳

(1.東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040；2.陸遜梯卡華宏(東莞)眼鏡有限公司，廣東 東莞 523000)

基于SPC的薯?xiàng)l切割過程質(zhì)量控制

朱曉琳1，朱玉杰1*，徐琳2

(1.東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040；2.陸遜梯卡華宏(東莞)眼鏡有限公司，廣東 東莞 523000)

為解決某企業(yè)薯?xiàng)l在生產(chǎn)加工的切割過程中質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)過程控制(SPC)方法，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行分析討論。本文選取影響該企業(yè)薯?xiàng)l切割過程質(zhì)量穩(wěn)定性的關(guān)鍵特性值——長度為控制對(duì)象，通過控制圖對(duì)這一過程進(jìn)行分析，利用魚骨圖和5M1E等手段找出影響過程穩(wěn)定性的系統(tǒng)因素，實(shí)施改進(jìn)。改進(jìn)后切割工序能力Pp=0.77，Ppk=0.63，PPM=23434.82，相當(dāng)于Ⅲ級(jí)水平，表明過程能力尚可。研究結(jié)果充分說明利用SPC技術(shù)對(duì)薯?xiàng)l生產(chǎn)過程實(shí)施質(zhì)量控制，能夠使薯?xiàng)l長度值的波動(dòng)明顯降低，從而使切割過程質(zhì)量處于統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)，工序能力得到顯著提高。另外，利用PDCA循環(huán)持續(xù)改善，可以提高切割過程質(zhì)量穩(wěn)定性，防止不合格品的產(chǎn)生。

質(zhì)量控制；統(tǒng)計(jì)過程控制(SPC)；控制圖；薯?xiàng)l

0 引言

SPC即統(tǒng)計(jì)過程控制(Statistical Process Control)，它借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，被用來分析和評(píng)價(jià)生產(chǎn)過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的系統(tǒng)性因素，同時(shí)采取可行措施消除不良的影響，使整個(gè)過程保持在僅受隨機(jī)性因素影響的受控狀態(tài)，以達(dá)到控制質(zhì)量的目的[1]。目前國外己經(jīng)將SPC的研究應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，并提出了多種應(yīng)用情況[2-5]。SPC技術(shù)不僅僅在機(jī)械、汽車制造業(yè)以及藥品等領(lǐng)域有了成功的范例[6-9]，現(xiàn)如今也逐漸被應(yīng)用于食品加工過程中的質(zhì)量控制。Ittzés[10]運(yùn)用SPC方法來監(jiān)測奶油加工過程，并建議使用不同的控制圖來監(jiān)測不同成分的變化。Srikaeo等[11]將SPC引入到餅干的烘烤過程中，找出了影響工序能力不足的質(zhì)量特性以及存在較大波動(dòng)的關(guān)鍵過程。貢照明[12]將SPC應(yīng)用到面包重量控制過程中，優(yōu)化了面包重量控制系統(tǒng)。劉銳等[13]將SPC技術(shù)應(yīng)用于掛面加工過程中，使和面過程的工序能力和加工質(zhì)量有了明顯提高。SPC方法可用于奶油、餅干和面包的生產(chǎn)過程中，但目前尚未見在薯?xiàng)l生產(chǎn)過程中有相關(guān)研究。

本文在對(duì)薯?xiàng)l加工工藝流程全面分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)切割過程進(jìn)行研究，確定了薯?xiàng)l的關(guān)鍵質(zhì)量特性——長度值作為研究對(duì)象。通過對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)工序的監(jiān)測，搜集并整理數(shù)據(jù)，結(jié)合SPC技術(shù)，分析薯?xiàng)l切割過程，并通過魚骨圖、5M1E法找出影響薯?xiàng)l產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)的系統(tǒng)因素，提出有效的改善措施，并對(duì)改善結(jié)果進(jìn)行工序能力評(píng)估。

1 材料與方法

1.1 SPC基本原理

SPC是一個(gè)反饋系統(tǒng)[14]，一方面通過控制圖分析過程的穩(wěn)定性，另一方面對(duì)過程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)[15]。反饋圖如圖1所示。

圖1 統(tǒng)計(jì)過程控制反饋系統(tǒng)圖Fig.1 Statistical Process Control Feedback System

(1)判斷控制圖異常準(zhǔn)則。判斷控制圖異常的準(zhǔn)則如圖2所示[16]。

(a)準(zhǔn)則1：一點(diǎn)落在A區(qū)以外

(b)準(zhǔn)則2：連續(xù)9點(diǎn)落在中心線同一側(cè)

(c)準(zhǔn)則3：連續(xù)6點(diǎn)遞增或遞減

(d)準(zhǔn)則4：連續(xù)14點(diǎn)中相鄰點(diǎn)上下交替

(e)準(zhǔn)則5：連續(xù)3點(diǎn)中有2點(diǎn)落在中心線同一側(cè)區(qū)以外

(f)準(zhǔn)則6：連續(xù)5點(diǎn)中有4點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的C區(qū)以外

(g)準(zhǔn)則7：連續(xù)15點(diǎn)在C區(qū)中心線上下

(h)準(zhǔn)則8：連續(xù)8點(diǎn)在中心線兩側(cè)但無一在C區(qū)中

(2)過程能力指數(shù)。過程能力指數(shù)(Cp)是衡量控制圖有效性的重要指標(biāo)，工序能力是否滿足技術(shù)要求，需要進(jìn)行過程能力分析。其判斷標(biāo)準(zhǔn)見表1[17]。

表1 Cp(Cpk)范圍與質(zhì)量特性過程能力綜合評(píng)定表

為衡量過程初始能力大小，用Pp=T/6S(S為樣本的標(biāo)準(zhǔn)差)計(jì)算該過程的性能指數(shù)(Performance of Precision)，表示該初始過程滿足工序技術(shù)要求的程度。Cp(Cpk)與PPM的關(guān)系[18]見表2。

表2 Cp(Cpk)與PPM的關(guān)系

1.2 取樣與數(shù)據(jù)采集

選取M工廠生產(chǎn)的薯?xiàng)l產(chǎn)品A進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在連續(xù)生產(chǎn)的15 h內(nèi)，每半個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次取樣檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3，薯?xiàng)l生產(chǎn)加工工藝流程如圖3所示。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

當(dāng)樣本容量不相同時(shí)，記件式計(jì)數(shù)值數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)使用不合格品率控制圖(P圖)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。

(1)計(jì)算各組樣本的不合格品率，記入表3中，計(jì)算公式為

pi=。 (1)

(3)計(jì)算控制界限，記入表3中，P圖的控制界限計(jì)算公式為

(2)

式中：n為子組大小。

(4)繪制長度的P控制圖，如圖4所示。

圖3 薯?xiàng)l加工工藝流程Fig.3 French fries Production Process

圖4 A產(chǎn)品長度的P控制圖Fig.4 P control chart of product A length

由圖4在長度特性值的P控制圖中可以看到，第1個(gè)樣本點(diǎn)和第2個(gè)樣本點(diǎn)高于控制限，第3個(gè)樣本點(diǎn)和第17個(gè)樣本點(diǎn)低于控制限。此時(shí)可以判斷薯?xiàng)l切割過程質(zhì)量嚴(yán)重失控，應(yīng)及時(shí)分析產(chǎn)生異常的原因，并予以改進(jìn)。

第1、2個(gè)樣本點(diǎn)高于控制限，是由于對(duì)當(dāng)時(shí)原料的判斷不準(zhǔn)確，導(dǎo)致進(jìn)入切割工序的馬鈴薯分布不均勻，每個(gè)水槍與馬鈴薯的匹配率低，因此從切割工序出來的短條和邊角料偏多，而又沒有及時(shí)調(diào)整邊角料去除器，還是維持在“1.2，1.2，1.0，1.0”的參數(shù)設(shè)置，同時(shí)短條去除篩子未及時(shí)更換，仍然保持為18 mm孔隙大小的篩子。當(dāng)發(fā)現(xiàn)長度不合格品急劇超過上限值時(shí)，領(lǐng)班迅速采取措施以保證產(chǎn)品合格率，但當(dāng)時(shí)并沒有分析其根本原因，僅僅調(diào)整了短條去除篩子的尺寸，從18 mm更換至22 mm。在做試驗(yàn)后不合格數(shù)急劇下降，因此出現(xiàn)了第3個(gè)樣本點(diǎn)的情況，但此時(shí)短條浪費(fèi)率極高，在短條廢料流中發(fā)現(xiàn)很多大于2英寸(該薯?xiàng)l產(chǎn)品合格長度標(biāo)準(zhǔn)值為2英寸)的薯?xiàng)l。此時(shí)分析根本原因，是由于切割工序的進(jìn)料馬鈴薯分布不均勻?qū)е拢虼诉M(jìn)行切割分級(jí)棍的調(diào)整，保證每個(gè)水槍與土豆的配比率由原來的60%達(dá)到75%，之后從第4個(gè)樣本點(diǎn)開始不合格品率趨于正常值。

第17個(gè)樣本點(diǎn)低于控制限，是由于3號(hào)分選設(shè)備“下背景”產(chǎn)品流右側(cè)進(jìn)水霧，導(dǎo)致照相機(jī)拍照時(shí)識(shí)別右側(cè)來料薯?xiàng)l均為瑕疵條，因此去往自動(dòng)瑕疵切除器(ADR)的壞料增多，由于已經(jīng)超過ADR的運(yùn)行能力，導(dǎo)致刀輥亂切，因此返回短條去除篩子的短條數(shù)量大量增多，超出了短條去除器的工作能力，有部分短條進(jìn)入“好條流”中，導(dǎo)致長度過短，低于控制限。

(5)剔除異常值，計(jì)算過程能力指數(shù)。

將異常值剔除后，重新計(jì)算修正后的不合格品率，重新繪制P控制圖，如圖5所示。

圖5 修正后長度的P控制圖Fig.5 P Control chart of corrected length

由圖5可以發(fā)現(xiàn)，所有的點(diǎn)子都在其相應(yīng)的控制限以內(nèi)，表明此時(shí)過程處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)。進(jìn)一步計(jì)算過程能力指數(shù)，如圖6所示。

由圖6可以看到，Pp=0.68，Ppk=0.56，PPM=42 427.52，由表1和表2可知，此時(shí)對(duì)應(yīng)的過程能力等級(jí)為Ⅳ級(jí)，表明過程能力不充分，繼續(xù)尋找原因，采取措施加以改善。

2 改善措施與結(jié)果分析

2.1 查找質(zhì)量波動(dòng)原因

利用魚骨圖(魚骨圖又稱因果圖，用來表示質(zhì)量特性波動(dòng)與其潛在原因的關(guān)系，把對(duì)問題有影響的因素進(jìn)行分析和分類并繪制成圖)的方法，結(jié)合5M1E(人、機(jī)、料、法、環(huán)、測)的手段來查找質(zhì)量波動(dòng)的原因。如圖7所示。

圖6 修正后長度的過程能力Fig.6process capability after correction

圖7 長度的魚骨圖Fig.7 Fishbone diagram of length

2.2 提出改善措施

(1)操作工需要定期到切割平臺(tái)觀察土豆來料情況，以便及時(shí)判斷原料調(diào)整參數(shù)設(shè)置。

(2)去皮操作工要及時(shí)了解折斷條試驗(yàn)結(jié)果，以便及時(shí)調(diào)整PEF電腦功率。

(3)領(lǐng)班在原料發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知各崗位操作工，以便操作工對(duì)設(shè)備做適當(dāng)調(diào)整。

(4)分級(jí)輥目前是對(duì)馬鈴薯最小的寬度方式進(jìn)行分級(jí)，不能夠與各水槍配合準(zhǔn)確，因此造成配比率低，導(dǎo)致浪費(fèi)。

(5)切割操作工長度實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有及時(shí)反饋給分選操作工，導(dǎo)致篩子的設(shè)置沒有及時(shí)更新。

(6)口袋分級(jí)器目前由于齒輪損壞，無法進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，需要維修部門配合設(shè)備維護(hù)。

(7)“干接收區(qū)”操作工在原料變化時(shí)應(yīng)及時(shí)做原料長寬比試驗(yàn)，若不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)及時(shí)通知領(lǐng)班。

(8)生產(chǎn)線長度試驗(yàn)由于目前是人工查數(shù)，2kg的試驗(yàn)量過大，耽誤時(shí)間，應(yīng)減少試驗(yàn)量，縮短試驗(yàn)時(shí)間。

(9)在試驗(yàn)取樣點(diǎn)旁邊加試驗(yàn)臺(tái)，方便操作工及時(shí)做試驗(yàn)。

2.3 改善后結(jié)果分析

按照討論和分析結(jié)果制定質(zhì)量改善方案，并在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行調(diào)整。對(duì)薯?xiàng)l產(chǎn)品A的生產(chǎn)過程重新進(jìn)行監(jiān)測并采集數(shù)據(jù)，見表4。

表4 改進(jìn)后的長度的統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表4 改進(jìn)后的長度的統(tǒng)計(jì)表

2.3.1 繪制控制圖

改善后長度的P控制圖如圖8所示。

圖8 改善后長度的P控制圖Fig.8 P control chart of length after improvement

2.3.2 分析討論

由圖8和圖4比較可知，不合格品率平均值由13.96%下降為13.39%，下降了0.57個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)上限制UCL由17.91%下降為17.50%，說明產(chǎn)品長度合格品由勉強(qiáng)滿足要求上升為超過標(biāo)準(zhǔn)要求值0.5個(gè)百分點(diǎn)。

根據(jù)控制圖的判斷原則，由圖8可知，第二回監(jiān)測中的樣本點(diǎn)均處在控制范圍內(nèi)，并且排列呈隨機(jī)性，無明顯傾向和規(guī)律。說明通過以上措施基本消除系統(tǒng)內(nèi)的異常波動(dòng)，證明改善后的薯?xiàng)l的切割過程已經(jīng)處于受控狀態(tài)。

2.3.3 計(jì)算工序過程能力

利用MINITAB軟件進(jìn)一步計(jì)算過程能力，如圖9所示。

圖9 改進(jìn)后長度的過程能力分析Fig.9 Process capability analysis of length after improvement

由圖9可知，改進(jìn)后的切割工序的Pp=0.77，Ppk=0.63，PPM=23 434.82，相當(dāng)于Ⅲ級(jí)水平，表示過程能力尚可，應(yīng)繼續(xù)采用控制圖等對(duì)生產(chǎn)過程繼續(xù)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)將分析用控制圖轉(zhuǎn)換為控制用控制圖。

2.3.4 持續(xù)改善

針對(duì)以上問題，需要對(duì)生產(chǎn)過程按照戴明環(huán)PDCA的方式持續(xù)改善，使每一個(gè)過程點(diǎn)都處于穩(wěn)定的受控狀態(tài)，來保證速凍薯?xiàng)l生產(chǎn)過程整體受控。薯?xiàng)l生產(chǎn)過程的PDCA持續(xù)改善按照如圖10所示的過程循環(huán)進(jìn)行[19]。

(1)Plan 計(jì)劃

分析影響速凍薯?xiàng)l生產(chǎn)過程不穩(wěn)定的問題，通過根源性分析找出影響其長度問題的根本原因，采取制定多個(gè)短期目標(biāo)計(jì)劃逐步改善的方法，針對(duì)各個(gè)過程關(guān)鍵控制點(diǎn)制定逐步改進(jìn)的計(jì)劃和措施。

(2)Do 執(zhí)行

按照上一步制定的程序和計(jì)劃在各個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)實(shí)行過程改進(jìn)，并對(duì)已經(jīng)實(shí)施了改進(jìn)的控制點(diǎn)重新采集數(shù)據(jù)，為下一步的過程改進(jìn)評(píng)估做好準(zhǔn)備。

(3)Check 檢查

對(duì)改進(jìn)后的速凍薯?xiàng)l生產(chǎn)過程各個(gè)控制點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析并繪制控制圖，通過對(duì)比改進(jìn)前后控制圖的變化，來分析和判斷各個(gè)控制點(diǎn)采取的改進(jìn)措施的有效性。

(4)Action 糾正

根據(jù)上一步改進(jìn)前后控制圖對(duì)比分析結(jié)果，對(duì)已經(jīng)完善的關(guān)鍵點(diǎn)工序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)未完成的控制點(diǎn)討論研究制定新的計(jì)劃，想辦法縮減實(shí)際結(jié)果與計(jì)劃目標(biāo)的差距，為執(zhí)行PDCA 下一次循環(huán)做準(zhǔn)備。

對(duì)速凍薯?xiàng)l生產(chǎn)過程中質(zhì)量狀況的控制和改進(jìn)是一個(gè)循序漸進(jìn)、不斷完善的過程，其中涉及到企業(yè)最高的管理人乃至每個(gè)工人、每個(gè)環(huán)節(jié)，包括了對(duì)管理方式的變革、對(duì)設(shè)備功能的改善以及對(duì)工人操作方式的改進(jìn)等。

圖10 PDCA過程循環(huán)示意圖Fig.10 PDCA process cycle diagram

3 結(jié)論

利用不合格品率控制圖(P控制圖)對(duì)薯?xiàng)l切割過程中的長度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)長度值中點(diǎn)子超出界限，說明切割過程質(zhì)量處于統(tǒng)計(jì)失控狀態(tài)。針對(duì)這一問題，采用魚骨圖和5M1E查找造成質(zhì)量波動(dòng)的原因，并進(jìn)行改善，改善后切割工序的Pp=0.77，Ppk=0.63，PPM=23 434.82，相當(dāng)于Ⅲ級(jí)水平，表示過程能力尚可。

此外利用PDCA循環(huán)持續(xù)改善，隨時(shí)掌握生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的偏差，從而使工序參數(shù)的波動(dòng)處于預(yù)測范圍內(nèi)。

通過對(duì)薯?xiàng)l切割工序過程質(zhì)量控制的研究，進(jìn)而利用SPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過控制圖及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品異常，迅速作出反應(yīng)，有效預(yù)防不合格品的產(chǎn)生，從而提高生產(chǎn)過程穩(wěn)定性。

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QualityControlinCuttingProcessofFrenchFriesBasedonStatisticalProcessControl

Zhu Xiaolin1，Zhu Yujie1*，Xu Lin2

(1.College of Engineering and Technology，Northeast Forestry University，Harbin 150040； 2.Luxottica Tristar, Guang Dong Dongguan 523000)

In order to solve the problem of instability in the cutting process of French fries in an enterprise，statistical process control(SPC)method was introduced，and the principle of statistics was used to analyze and discuss.Length，the key characteristic value which influences the quality stability of French fries cutting was chosen as the control object，and the process was analyzed by the control chart.Fishbone diagram and 5M1E were used to find out the system factors that affected the process stability and to improve them.After improvement，the cutting process capability wasPp=0.77，Ppk=0.63，PPM=23 434.82，which was equivalent to level III，indicating that the process capability was acceptable.The result showed that using SPC to implement quality control of French fries production process could reduce the fluctuation of the chip length，and make sure the quality of the cutting process under statistical control，and improve the process capability.Using PDCA cycle could improve the stability of cutting process and prevent the production of unqualified products.

Quality control；statistical process control(SPC)；control chart；French fries

S 273

：A

：1001-005X(2017)05-0072-07

2017-4-19

哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2014RFXXJ108)

朱曉琳，碩士研究生。研究方向：工業(yè)工程。E-mail：zhuxiaolin0315@163.com

朱玉杰，博士，教授。研究方向：工業(yè)工程。E-mail：zhuyujie004@126.com

朱曉琳，朱玉杰，徐琳.基于SPC的薯?xiàng)l切割過程質(zhì)量控制[J].森林工程，2017，33(5)：72-78.