SPC技術在航天壓力傳感器質量管理中的應用

文/范迎新

在航天領域中，火箭、衛(wèi)星、空間站等系統(tǒng)都需要進行壓力參數(shù)的測量。壓力傳感器是航天裝備測試最重要、數(shù)量最多的感測部件之一，因此，對壓力傳感器提出了較高的可靠性要求。此外，壓力傳感器制備工藝復雜，必須對生產(chǎn)過程進行嚴格控制和質量管理。為了滿足對航天壓力傳感器質量和可靠性越來越高的要求，必須對復雜的生產(chǎn)工藝進行有效監(jiān)控，確保生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性。

統(tǒng)計過程控制（Statistical Process Control簡稱 SPC）技術作為一種有效的監(jiān)控手段已在國外獲得了廣泛的應用。通過SPC技術，監(jiān)控生產(chǎn)過程中的關鍵工序參數(shù)和設備日常狀態(tài)，當生產(chǎn)過程發(fā)生變異或有發(fā)生變異趨勢時，實現(xiàn)及時預警功能。

航天壓力傳感器具有小批量、多品種以及質量要求高等特點，由于SPC技術具有“事前預防”的作用，在傳感器生產(chǎn)質量控制方面采用SPC技術，成為保證產(chǎn)品質量和可靠性的一項有效手段。

1 SPC技術在航天壓力傳感器質量管理中應用流程

1.1 傳感器關鍵工序和工藝參數(shù)確定

薄膜壓力傳感器核心芯體制備工藝中的部分工藝對傳感器性能及可靠性有重要影響，也是SPC控制的關鍵工序。關鍵工序具備二個條件：

（1）工序能夠“連續(xù)運轉”，為SPC分析提供數(shù)據(jù)基礎；

（2）工藝參數(shù)可被定量測試或表征，從而反映工序水平和狀態(tài)。

圖1：標準控制圖曲線圖

1.2 控制圖及判斷標準

在用SPC做薄膜壓力傳感器品質控制的過程中，需要用到的關鍵工具是控制圖,如圖1所示?？刂茍D是通過對工藝參數(shù)進行測定、記錄、評估，從而監(jiān)控過程是否處于控制狀態(tài)的一種用統(tǒng)計方法設計的圖?？刂茍D的作用是從圖上數(shù)據(jù)點的起伏變化情況，以及數(shù)據(jù)點和上下控制限的相互關系分析，判斷工藝過程是否處于統(tǒng)計受控狀態(tài)?？刂茍D通常包括三條標志線：分別是控制上限（UCL）、中心線(CL)及控制下限（LCL）。

表1：薄膜壓力傳感器不同批次橋臂電阻值 單位（Ω）

在控制圖中，控制限是判斷工藝過程是否處于統(tǒng)計受控狀態(tài)的判斷基準，也是構造控制圖的核心之一。目前國內(nèi)外廣泛采用的失控判斷規(guī)則如下：

規(guī)則1：控制圖有一部分數(shù)據(jù)點超出控制限以外；

規(guī)則2：連續(xù)7點或多于7個數(shù)據(jù)點位于中心線同一側；

規(guī)則3：連續(xù)7點或多于7個數(shù)據(jù)點單調(diào)上升或下降；

規(guī)則4：控制圖中有較多的點位于中心線同一側；

規(guī)則5：呈有規(guī)律變化。

1.3 SPC評價結果分析

在生產(chǎn)過程中，如果控制圖上出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)點，表明工藝存在異常原因，應及時查找原因，采取措施，使生產(chǎn)過程恢復統(tǒng)計受控狀態(tài)。在查找失控原因時注意判斷是否存在“虛假數(shù)據(jù)”，存在這種現(xiàn)象，只要將相應數(shù)據(jù)點除掉即可，若不是虛假數(shù)據(jù)，通過質量分析，查找出原因后，采取措施將其保持，使工藝過程進入新的統(tǒng)計受控狀態(tài)。

2 SPC技術在航天壓力傳感器生產(chǎn)中的運行效果

航天壓力傳感器性能主要取決于薄膜壓敏芯體性能，壓敏芯體通過將外界壓力信號轉換成電阻信號，從而實現(xiàn)壓力的測量。壓敏電阻是采用離子束濺射及光刻工藝制備的NiCr合金薄膜，其穩(wěn)定性是反映壓敏芯體性能的重要參數(shù)。通過測量惠斯通電橋阻值來表征壓敏芯體性能。通過采用單值-移動極差控制圖評價壓敏芯體生產(chǎn)過程是否處于統(tǒng)計受控狀態(tài)。

具體分析步驟如下：

（1）搜集、匯總數(shù)據(jù)。生產(chǎn)過程中共統(tǒng)計了25批次生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)。詳見表1。

（2）分別計算每批數(shù)據(jù)的均值和標準偏差。

（3）用相鄰兩批數(shù)據(jù)之差的絕對值計算移動極差。25批數(shù)據(jù)只有24個移動極差。

（4）計算25批數(shù)據(jù)的平均值和24個移動極差的平均值。并根據(jù)單值-移動極差控制圖規(guī)則計算控制限。

其中：

（5）繪制控制圖。在控制圖上畫出控制限，同時將每批數(shù)據(jù)和移動極差值分別標示在x控制圖和Rs控制圖上，即完成控制圖的繪制。

（6）工藝過程統(tǒng)計受控狀態(tài)的判斷，按照判斷規(guī)則，對照繪制的x控制圖和Rs控制圖，查看是否存在判斷規(guī)則所列舉的失控情況，對表1所示數(shù)據(jù)，判斷結果是沒有違反規(guī)則的情況。需要注意的是，如果工藝參數(shù)明細偏離正態(tài)分布，采用單值-移動極差計算的控制限將不正確，可能導致統(tǒng)計受控狀態(tài)的誤判。

3 結束語

本文對航天壓力傳感器實施了SPC分析，起到了較好的應用效果，但還是存在控制圖的選擇比較單一，SPC 技術和工序能力分析結合應用不夠的問題，后續(xù)將繼續(xù)針對航天傳感器的特點，采用合適的SPC技術,使工藝過程受控，保證產(chǎn)品的質量和可靠性。