特種元器件關(guān)鍵工序統(tǒng)計(jì)過程控制

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(1.海軍駐合肥地區(qū)軍事代表室， 安徽合肥，230088；2.中國電子科技集團(tuán)公司第四十研究所， 安徽蚌埠，233010)

1 引言

SPC:是STATISTICAL PROCESS CONRTOL的縮寫即:統(tǒng)計(jì)過程控制。SPC是以統(tǒng)計(jì)學(xué)原理為基礎(chǔ)，利用數(shù)據(jù)及圖表表達(dá)生產(chǎn)情況，從而判斷過程及走向是否出現(xiàn)問題，引導(dǎo)員工去做出適當(dāng)?shù)臎Q定。SPC強(qiáng)調(diào)全過程監(jiān)控、全系統(tǒng)參與，實(shí)施全過程預(yù)防。從而降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性水平。

2 關(guān)鍵工序與SPC技術(shù)應(yīng)用

SPC技術(shù)的核心是保證產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和可靠性，保證生產(chǎn)廠家工藝過程的統(tǒng)計(jì)狀態(tài)受控。同時(shí)SPC技術(shù)可以代替一部分篩選和可靠性試驗(yàn)，作為表征產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的重要依據(jù)，越來越受到對(duì)可靠性要求更高的特種元器件生產(chǎn)廠家的重視。所謂特種元器件一般包括：化學(xué)與物理電源，敏感元件與傳感器，微特電機(jī)及組件，接插件、繼電器與電纜組件等。GJB546B-2011中4.10統(tǒng)計(jì)過程控制已明確“當(dāng)產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范及GJB3014規(guī)定編制并執(zhí)行SPC體系文件”。

2.1 關(guān)鍵工序

特種元器件的設(shè)計(jì)開發(fā)輸出文件中，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量特性和技術(shù)指標(biāo)要求一般會(huì)給出關(guān)重件、關(guān)鍵工序明細(xì)表。所謂關(guān)鍵件工序是指對(duì)產(chǎn)品的最終特性、質(zhì)量、可靠性有重要影響的過程。關(guān)鍵工藝參數(shù)是指能全面反映關(guān)鍵過程節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，又適合采集的工藝參數(shù)。GJB9001B-2009質(zhì)量管理體系要求7.3.3設(shè)計(jì)開發(fā)輸出e)條款明確：“編制關(guān)鍵件(特性)、重要件(特性)項(xiàng)目明細(xì)表，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件和工藝文件作相應(yīng)標(biāo)識(shí)”。

2.2 SPC技術(shù)流程

特種元器件生產(chǎn)過程中，實(shí)施SPC首先要確定關(guān)鍵工序，進(jìn)而確定關(guān)鍵工藝參數(shù)；然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；繪分析用控制圖；判斷是否穩(wěn)定；如果穩(wěn)定，繪直方圖計(jì)算過程能力指數(shù)；不穩(wěn)定尋找異常原因，糾正問題；如果過程能力指數(shù)滿足要求，繪控制用控制圖；如果過程能力指數(shù)不滿足要求，尋找原因，糾正問題提升能力。

2.3 常規(guī)控制圖及應(yīng)用條件

控制圖的技術(shù)核心有兩點(diǎn)，一是如何確定控制線，二是如何判定工藝過程處于受控狀態(tài)。應(yīng)用常規(guī)控制圖要求工藝參數(shù)滿足一定條件，這些條件包括：(1)計(jì)量值常規(guī)控制圖要求數(shù)據(jù)滿足“正態(tài)、獨(dú)立、同分布”條件，即IIND條件。(2)計(jì)數(shù)值常規(guī)控制圖要滿足二項(xiàng)分布和泊松分布。(3)常規(guī)控制要求保證有限批次數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果能夠代表母體的特征，在確定控制線時(shí)要求至少積累25批以上數(shù)據(jù)。(4)對(duì)計(jì)數(shù)值控制圖，要求每批次檢測(cè)的樣本量n足夠大，使用計(jì)件值p控制圖和pn控制圖中每批基本能夠包括1～5個(gè)不合格品。

3 適用于特種元器件關(guān)鍵工序的特 殊控制圖

特種元器件生產(chǎn)具有“多品種，小批量”的特點(diǎn)，相當(dāng)多的工序不滿足常規(guī)控制圖要求的條件。因此，在實(shí)際的生產(chǎn)分析和控制過程中，必須根據(jù)工序參數(shù)特點(diǎn)，采用適宜的新型控制圖，否則將導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論。

3.1 嵌套控制圖

在特種元器件關(guān)鍵工序中，如氧化、電鍍、塑壓工序，同一批數(shù)據(jù)是同時(shí)生成的，同時(shí)生成的數(shù)據(jù)內(nèi)部，各數(shù)據(jù)之間具有同時(shí)偏大或者同時(shí)偏小的趨勢(shì)，并不滿足相互獨(dú)立的條件。這種情況對(duì)于同一批數(shù)據(jù)內(nèi)部服從正態(tài)分布，不同批次數(shù)據(jù)的均值又服從另一種形式的正態(tài)分布；數(shù)學(xué)上成為“嵌套分布”。針對(duì)數(shù)據(jù)的嵌套特點(diǎn)，需要研究參數(shù)的條件分布規(guī)律，推導(dǎo)控制線公式，構(gòu)建“嵌套控制圖”模型。

應(yīng)用舉例：某特種元器件關(guān)鍵工序參數(shù)呈現(xiàn)一階嵌套特點(diǎn)，工藝參數(shù)如表1所示。該組數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是，同一批5個(gè)數(shù)據(jù)來自同一器件，每批的標(biāo)準(zhǔn)差很小。而這組數(shù)據(jù)不同批之間數(shù)據(jù)離散型較大，即各批之間平均值差別較大。我們通過建立數(shù)學(xué)模型，可以推導(dǎo)出一階嵌套工藝參數(shù)均值控制圖的控制限，進(jìn)而采用嵌套控制圖對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖1所示分析結(jié)果為工序狀態(tài)受控。如果不考慮上述工序參數(shù)的嵌套特點(diǎn)，采用常規(guī)控制圖進(jìn)行分析，如圖2所示，將會(huì)出現(xiàn)多個(gè)點(diǎn)出界，違反規(guī)則一的情況，導(dǎo)致工序失控的錯(cuò)誤結(jié)論。

表1 某元器件關(guān)鍵工序采集工藝參數(shù)

圖1 嵌套控制圖分析結(jié)果 圖2 采用常規(guī)控制圖分析結(jié)果

3.2 回歸控制圖

特種元器件產(chǎn)品的研制生產(chǎn)具有“多品種，小批量”特點(diǎn)，同一道工序往往要加工幾種工藝條件不同的產(chǎn)品。因此同一道工序的工藝條件并非一成不變，而是選取幾種不同的工藝條件，工藝參數(shù)值，當(dāng)然不滿足獨(dú)立同分布條件。在此，我們需要建立滿足這種條件的“回歸控制圖”，實(shí)際工作中，特種元器件“多品種”的特點(diǎn)，就決定了相當(dāng)多的工序?qū)嵤㏒PC都需要采用“回歸控制圖”。

連接器的插針加工有多套圖紙工藝規(guī)定的加工要求，鋁合金材料的氧化工序有數(shù)種固定的工藝條件…… 因此，我們必須根據(jù)工藝條件和工藝參數(shù)的變化，建立相應(yīng)的模型，定量描述工藝輸出參數(shù)Y和工藝輸入?yún)?shù)系X之間的關(guān)系，Y=F(X，β)。實(shí)際應(yīng)用中，可以采用多項(xiàng)式描述工藝模型，建立多項(xiàng)式回歸方程。一旦確定回歸系數(shù)，就可以定量表示工藝參數(shù)和工藝條件之間關(guān)系。根據(jù)工藝條件可以得到工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)值，該工藝條件下的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之差，即為工藝參數(shù)的殘差值。根據(jù)回歸分析理論，在統(tǒng)計(jì)受控的條件下，這些殘差值相互獨(dú)立且基本符合正態(tài)分布。因此可以采用常規(guī)控制圖方法對(duì)殘差值繪制控制圖。采用常規(guī)計(jì)量值控制原理，可以得到確定殘差控制圖控制限計(jì)算公式，如公式1所示：其中n為批數(shù)，CL為中心線，UCL為上控制限，LCL為下控制限。

3.3 多變量控制圖

在實(shí)際的生產(chǎn)中，許多工序的工藝質(zhì)量需要用幾個(gè)工藝參數(shù)共同表征，而這幾個(gè)參數(shù)之間一般都存在相關(guān)性。對(duì)于這種多變量問題，應(yīng)根據(jù)這幾個(gè)參數(shù)變化情況的綜合結(jié)果表征工藝的受控程度?！岸嘧兞俊笨刂茍D的基本思想是根據(jù)多元數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，建立一個(gè)多元均值向量以及協(xié)方差矩陣，通過計(jì)算得到一個(gè)代表這幾個(gè)參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量。再用控制圖分析檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量的變化情況。繪制多變量控制圖首先是根據(jù)樣本測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算代表每一批測(cè)試數(shù)據(jù)的測(cè)試統(tǒng)計(jì)量，然后通過查表或編程計(jì)算確定控制線。

3.4 缺陷成團(tuán)控制圖

在微電路和零部件電鍍或氧化生產(chǎn)過程中，“缺陷”常常成明顯的成團(tuán)效應(yīng)，嚴(yán)重偏離泊松分布。因此，必須針對(duì)缺陷成團(tuán)效應(yīng)的特點(diǎn)，研究控制線的正確計(jì)算方法。首先，根據(jù)缺陷成團(tuán)現(xiàn)象建立數(shù)學(xué)模型；其次，由數(shù)學(xué)模型確定控制圖的控制限UCL和LCL。需要指出的是缺陷成團(tuán)控制圖控制限涉及比較復(fù)雜的算法，編程時(shí)要特別小心，以免產(chǎn)生較大誤差。

4 結(jié)論

SPC是特種元器件關(guān)鍵工序質(zhì)量控制的有效手段，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量可以起到有效監(jiān)測(cè)和預(yù)防作用。同時(shí)，由于特種元器件生產(chǎn)具有自身特點(diǎn)，在引入SPC的應(yīng)用時(shí)，必須具體問題具體分析，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，采用適宜的控制圖，才能得出正確結(jié)論。

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