袁淑筠

(廣東華特氣體股份有限公司，廣東 佛山 528241)

0 引言

2016年10月，國(guó)際汽車工作組(IATF)發(fā)布了汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)IATF16949：2016[1]，新標(biāo)準(zhǔn)完全符合質(zhì)量管理體系ISO9001：2015標(biāo)準(zhǔn)的要求，并提出了適用于該行業(yè)的細(xì)節(jié)。IATF16949：2016的認(rèn)證對(duì)象為汽車行業(yè)及其直接供應(yīng)商，若半導(dǎo)體行業(yè)供貨給汽車行業(yè)則適用于此標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)其供應(yīng)商(包括特種氣體行業(yè))進(jìn)行管控。普遍認(rèn)為，汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)比普通工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)苛。比起固定在工廠少有移動(dòng)的設(shè)備，汽車得年復(fù)一年承受高頻高強(qiáng)度的震動(dòng)。加上汽車需上萬零件間互相配合，即使僅僅差之毫厘，裝不上就是裝不上，含糊不得。同理，半導(dǎo)體行業(yè)面對(duì)微波、毫米波多品種、小批量、高性能的要求[2]，工序動(dòng)輒幾百步，最終成品率為每一工序的合格率的連乘積[3]。假設(shè)成品需經(jīng)100步工序，每工序的合格率均為99.999%，成品合格率僅為99.999%100=99.9%，其中若有一工序的合格率為90%，成品合格率會(huì)驟降到89.9%。零件或工序越多，變差越容易累積，可見對(duì)每個(gè)工序細(xì)致把控不是吹毛求疵而是不得不如此。希望從第一步就不產(chǎn)生無用的輸出，必須管理好供應(yīng)商對(duì)SPC的應(yīng)用。

SPC以20世紀(jì)20年代美國(guó)休哈特發(fā)明控制圖為標(biāo)志，是一種科學(xué)的數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)實(shí)際問題解決的方法[4]。而SPC不但能把數(shù)據(jù)用曲線表示出來，展示其變化趨勢(shì)，且能顯示變差是由普通原因還是特殊原因引起的，仍在合格范圍時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程有變差(尤其是特殊原因?qū)е碌?就及時(shí)修正，避免了更大偏差，降低了成本，保障了產(chǎn)品質(zhì)量，也提高了生產(chǎn)效率。以前統(tǒng)計(jì)方法多用于零件而不是過程，而SPC研究變差和應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法改進(jìn)性能的基本概念適用于任何領(lǐng)域，包括車間和辦公室[5]。應(yīng)用SPC既有利于特種氣體公司，也有利于顧客，更有利于特種氣體生產(chǎn)和質(zhì)量管理者個(gè)人水平的提高，是一個(gè)多贏的選擇。因行業(yè)特性不同，若全套照搬整套IATF16949：2016的各種精細(xì)化要求到特種氣體行業(yè)，難免水土不服，本文將從汽車行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)的管理理念和行業(yè)特性出發(fā)，講解如何用SPC對(duì)特種氣體行業(yè)關(guān)鍵工序的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1 管理理念

IATF16949：2016有五大核心工具：生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序(PPAP)，產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃和控制計(jì)劃(APQP)，潛在失效模式和后果分析(FMEA)，統(tǒng)計(jì)過程控制(SPC)和測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA)。五大工具不是互相獨(dú)立的，而是互相支持的，例如SPC使用前提是可靠的測(cè)量系統(tǒng)，故必須嚴(yán)格按照MSA參考手冊(cè)[6]的要求執(zhí)行。無論是設(shè)計(jì)階段還是過程階段，都必須以FMEA為基礎(chǔ)指導(dǎo)全部工序的運(yùn)行?？梢娞胤N氣體行業(yè)想實(shí)現(xiàn)超純、超凈、超前的目標(biāo)，僅為了交給顧客SPC而做“好”SPC是不可能的，理解IATF16949：2016科學(xué)的管理理念，全方位地應(yīng)用才是大勢(shì)所趨。

1.1 顧客滿意與多方合作

特別強(qiáng)調(diào)應(yīng)保證顧客滿意，在不斷減少質(zhì)量變差和浪費(fèi)的原則下，當(dāng)顧客提出特殊要求時(shí)，需多方合作對(duì)特殊訂單進(jìn)行評(píng)審，提出可滿足顧客的方案。每一環(huán)節(jié)都應(yīng)考慮多方合作，小組對(duì)重要的事項(xiàng)或變更進(jìn)行評(píng)估，通過后做好相應(yīng)培訓(xùn)方可實(shí)施，且全過程形成受控文件備查。立項(xiàng)時(shí)應(yīng)設(shè)立專項(xiàng)小組，組員包括多個(gè)部門的成員，最好有專家和顧客的參與。

1.2 缺陷預(yù)防

重點(diǎn)在于預(yù)防缺陷發(fā)生而不是找出缺陷(即探測(cè))和糾正缺陷[5]。在確定小組，確定范圍，確定顧客和得到管理者支持后，運(yùn)用FMEA對(duì)每一個(gè)工序進(jìn)行：1.識(shí)別潛在的失效模式；2.識(shí)別潛在后果；3.識(shí)別潛在要因；4.將嚴(yán)重度、發(fā)生率和探測(cè)度三者參數(shù)化識(shí)別和評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，識(shí)別出關(guān)鍵工序和特殊特性；5.提出建議措施和后果，意圖在降低綜合風(fēng)險(xiǎn)和失效模式發(fā)生的可能性[7]；6.定期更新FMEA，尤其是有客訴，或內(nèi)部不符合項(xiàng)的提出時(shí)，都應(yīng)檢視FMEA是否需修改。

1.3 持續(xù)改進(jìn)

每一環(huán)節(jié)都應(yīng)按戴明循環(huán)P(Plan，策劃)-D(Do,執(zhí)行)-C(Check,檢查)-A(Adjust,糾正)的思路執(zhí)行。除了整體框架按P-D-C-A規(guī)劃外，在各分階段也應(yīng)細(xì)化為P-D-C-A。總之，持續(xù)改進(jìn)的理念——分析過程，保持或控制過程，改進(jìn)過程——必須貫徹始終。

1.4 體系有效

顧客注重質(zhì)量體系的有效性，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的可追溯性上，即能否在短時(shí)間內(nèi)還原出產(chǎn)品制造出來的全過程，包括每個(gè)工序的時(shí)間地點(diǎn)操作者具體操作參數(shù)等。同時(shí)，產(chǎn)品標(biāo)識(shí)和區(qū)域標(biāo)識(shí)是否清晰，記錄是否受控，防錯(cuò)措施是否有效，批次管理是否到位，人員責(zé)任是否明晰等都影響著產(chǎn)品的可追溯性，不容忽視。

2 難點(diǎn)與對(duì)策

2.1 單邊公差

對(duì)控制圖可依3個(gè)特征加以分析：一是其中心線(CL)，即總均值；二是分布寬度，即最大值和最小值間的距離，由極差(R)和標(biāo)準(zhǔn)差(σ)來衡量；三是形狀，即對(duì)稱或偏斜，和變差有關(guān)。汽車行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)多采用雙邊公差，既有上規(guī)格限(USL)又有下規(guī)格限(LSL)，望目值(即目標(biāo)值)為1/2(USL+LSL)。而特種氣體行業(yè)對(duì)氣體雜質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，采用只有USL的單邊公差，要求雜質(zhì)越少越好，即取望小值。假設(shè)不同批次的產(chǎn)品控制圖的形狀和分布寬度是一樣的，由表1可見其CL越接近望目值，則過程能力指數(shù)(Cpk)越大，評(píng)級(jí)越優(yōu)，也代表制程越佳；在CL不等于望目值時(shí)，即使雙邊公差時(shí)按LSL=0計(jì)算，仍不等于相應(yīng)的單邊公差的Cpk，故特種氣體行業(yè)不能套用取望目值或望大值時(shí)的方法。因此，SPC判異規(guī)則(OCAP)中關(guān)于“上升/下降”的描述應(yīng)用到特種氣體行業(yè)應(yīng)改為“上升”。

其中，Cpk用來確定一個(gè)過程是否有能力滿足顧客的需要，單邊公差只有USL時(shí)它等于CPU(也寫作Cpku)，只有LSL時(shí)等于CPL(也寫作Cpkl)，雙邊公差則取兩者最小值：

CPU=(USL-CL)/3σ

(1)

CPL=(CL-LSL)/3σ

(2)

表1 單雙邊公差對(duì)比

2.2 時(shí)間線

SPC改變了以前靠經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整生產(chǎn)的模式，該事后檢驗(yàn)的模式之所以過時(shí)，一是造成的直接成本增加，周期過長(zhǎng)，二是不易分清哪個(gè)環(huán)節(jié)出問題，是主因還是次因，三是耗費(fèi)精力大效果差[4]。SPC強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)被收集的順序，以顯示何時(shí)發(fā)生變差，不適用于先后順序錯(cuò)亂和非連續(xù)時(shí)間或時(shí)間跨度比較大的數(shù)據(jù)。從SPC的OCAP如“連續(xù)14點(diǎn)上下交錯(cuò)”，“連續(xù)9點(diǎn)在同一側(cè)”，可見時(shí)間線的重要性。顧客想要的是制程過程及時(shí)的修正和改善，而不是事后完美的數(shù)據(jù)，針對(duì)過程的控制參數(shù)所做的才是SPC，針對(duì)產(chǎn)品所做的是SQC。

2.3 數(shù)據(jù)量

汽車行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)1 h動(dòng)輒幾百個(gè)數(shù)據(jù)，所以需要將數(shù)據(jù)分組后統(tǒng)計(jì)。相比起來，特種氣體行業(yè)因檢測(cè)出1個(gè)數(shù)據(jù)往往需要0.5 h以上，數(shù)據(jù)量少得可憐(數(shù)據(jù)量大于25才算有效)且時(shí)間跨度偏大，數(shù)據(jù)點(diǎn)與數(shù)據(jù)點(diǎn)之間是相對(duì)獨(dú)立的，故子組大小必須設(shè)置為1，以保證在變差發(fā)生時(shí)第一時(shí)間被識(shí)別出來。同理，“連續(xù)7個(gè)點(diǎn)上升/下降”的OCAP不能直接應(yīng)用在特種氣體行業(yè)，應(yīng)改為“連續(xù)3個(gè)點(diǎn)上升”甚至是“連續(xù)2個(gè)點(diǎn)上升”。

2.4 自動(dòng)化

汽車行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)的自動(dòng)化程度很高，當(dāng)SPC系統(tǒng)計(jì)算出異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)鎖住生產(chǎn)設(shè)備，需要工程師排查出異常后輸入密碼才能恢復(fù)生產(chǎn)。特種氣體行業(yè)的制程自動(dòng)化已經(jīng)很常見了，但SPC系統(tǒng)自動(dòng)化還是不夠普及。我們?nèi)钥啥嗷ㄐ乃继岣卟僮鞯谋憷?，逐步?shí)現(xiàn)SPC系統(tǒng)自動(dòng)化。例如利用Excel軟件中的“數(shù)據(jù)有效性”的功能設(shè)置數(shù)據(jù)超標(biāo)時(shí)會(huì)彈出警告窗口，又如在設(shè)備上加裝報(bào)警器，或者編程將報(bào)警記錄自動(dòng)上傳到工程師手機(jī)等。

2.5 周期性波動(dòng)的數(shù)據(jù)

汽車行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)的過程控制多為平穩(wěn)型的數(shù)據(jù)，例如尺寸、電容容值、粘度等等。而特種氣體的過程控制中，則是周期性波動(dòng)的數(shù)據(jù)，例如真空度由0.1 MPa下降到5 Pa，雜質(zhì)含量從3000 ×10-6下降到0.05×10-6。這就意味著只能選取相同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)點(diǎn)來做SPC，而不能將精餾塔不同純化階段的取樣數(shù)據(jù)混在一起，否則容易誤判，浪費(fèi)精力和成本。這就又回到了1份SPC中數(shù)據(jù)量較少，時(shí)間跨度大的問題了。建議選取雜質(zhì)降到最低的工序來做SPC管控，例如充裝排在線檢測(cè)數(shù)據(jù)，先集中精力把產(chǎn)品質(zhì)量做好，待效率和量上去后再考慮增加SPC管控點(diǎn)，例如用純化時(shí)間來做SPC，但絕不能因?yàn)槟承├щy而放棄使用SPC這一科學(xué)的分析工具。

3 數(shù)據(jù)分析

圖1 質(zhì)控流程圖

圖2 階梯狀分布的控制圖

分析數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)避免只關(guān)注X圖而忽視MR圖，除了關(guān)注到變差還需管理變好。如圖2，雖然該組數(shù)據(jù)的Cpk=3.48(屬A++級(jí))，但MR圖可見序號(hào)1～25的MR范圍為0～0.5，而序號(hào)26～50的MR縮小到0～0.09，呈階梯分布，應(yīng)查出什么導(dǎo)致了該狀況的發(fā)生，才能使變好得以保持，變差得以糾正預(yù)防。直方圖用圖形表示了變差的分布，可以判斷數(shù)據(jù)是否呈現(xiàn)正態(tài)分布，但是否正態(tài)分布并不能區(qū)分是否存在變差的特殊原因，應(yīng)以分析控制圖為主。Cp、Pp、PR、CR可以描述非正態(tài)的數(shù)據(jù)，但Cpk和Ppk則必須滿足數(shù)據(jù)是近似正態(tài)分布(可通過Johnson族的轉(zhuǎn)換和Box-Cox轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn))的前提。

沒有一種指數(shù)(或比值)可以廣泛地應(yīng)用到所有過程中，即沒有一個(gè)過程可以由一種指數(shù)(或比值)完全描述，所以SPC用到的指數(shù)(或比值)很多，一般不用考慮抽樣變差的影響。SPC參考手冊(cè)推薦同時(shí)使用Cp和Cpk，并與圖表技術(shù)一起使用，但Cp、Pp、PR和CR在單邊公差時(shí)是沒有意義的[5]。也有人喜歡用過程性能指數(shù)(Ppk)評(píng)估過程性能是否實(shí)際上滿足了顧客要求，單邊公差只有USL時(shí)Ppk等于PPU(寫作Ppku)，只有LSL時(shí)Ppk等于PPL(寫作Ppkl)，雙邊公差則取兩者最小值(s為方差)：

PPU=(USL-CL)/3s

(3)

PPL=(CL-LSL)/3s

(4)

其實(shí)Cpk和Ppk比較相似，都直接與過程所產(chǎn)生的不合格品比例有關(guān)[5]，一般要求大于1.33甚至1.67。Cp、Cpk和CR顯示子組內(nèi)的變差，Pp、Ppk和PR顯示整體總變差。

4 結(jié) 論

產(chǎn)品的制造工藝不是絕對(duì)穩(wěn)定的，使用SPC工具發(fā)現(xiàn)變差產(chǎn)生時(shí)，應(yīng)分別從人、機(jī)、料、法、環(huán)等多方面去對(duì)異常原因進(jìn)行分析，通過一些檢查手段，確認(rèn)問題的根源，提出糾正預(yù)防措施，措施實(shí)施后再收集數(shù)據(jù)對(duì)此進(jìn)行評(píng)審。除了對(duì)過程的分析，還要識(shí)別顧客不斷變化的需求和期望，融入我們的產(chǎn)品和服務(wù)中。如此持續(xù)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)供應(yīng)鏈中變異和浪費(fèi)的減少，提高特種氣體產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

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