應(yīng)用回歸分析改善A面板工廠SiH4日常供應(yīng)管理

姜昌日

摘要：作為危險(xiǎn)化學(xué)品的SiH4在液晶面板制造中主要用于化學(xué)氣相沉淀工藝，是重要的原材料之一。為了生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定，甚至控制成本，需要建立該原材料的日常供應(yīng)控制管理。用SPC控制圖管理日常供應(yīng)量是非常有效的方法，但是日常供應(yīng)量數(shù)據(jù)有時(shí)出現(xiàn)失效，無法正確地反映日常供應(yīng)現(xiàn)狀。本文通過回歸分析，改善每日供應(yīng)量的計(jì)算方法。建立有效的SPC控制圖，并且監(jiān)控每日供應(yīng)量是否穩(wěn)定，受控;及時(shí)反饋信息。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)經(jīng)過正確的分析和合理的措施，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)的安全和穩(wěn)定，甚至控制成本。

Abstract： SiH4 as a hazardous chemical is mainly used in the chemical vapor deposition process in the manufacture of liquid crystal panels， and is one of the important raw materials. For the safety and stability of production， and even to control costs， it is necessary to establish the daily supply control management of the raw materials. Using SPC control charts to manage daily supply is a very effective method， but the daily supply data sometimes fails and cannot accurately reflect the current status of daily supply. This article improves the calculation method of daily supply through regression analysis. It establishes an effective SPC control chart， and monitors whether the daily supply is stable， controlled， and timely feedbacks information. When abnormality occurs， correct analysis and reasonable adjustments are made to realize the safety and stability of supply and control costs.

關(guān)鍵詞：回歸分析;供應(yīng)量;SiH4;SPC

Key words： regression analysis;supply;SiH4;SPC

中圖分類號(hào)：F253 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）24-0079-06

0 ?引言

近幾年，國家大力推動(dòng)和支持高端制造業(yè)的政策下，面臨著市場對(duì)電子產(chǎn)品的需求不斷升級(jí)的現(xiàn)實(shí)，作為制造人機(jī)交互重要窗口的液晶面板行業(yè)而言，其規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，產(chǎn)品種類多樣化，制程工藝越來越復(fù)雜。隨著制程工藝的復(fù)雜化，工藝中所需要的化學(xué)品種類越來越多。這些大多數(shù)屬于易燃易爆，有毒，劇毒的危險(xiǎn)化學(xué)品。對(duì)于危險(xiǎn)化學(xué)品的特有的危險(xiǎn)性，加上運(yùn)營過程中需要大量貯存和使用危險(xiǎn)化學(xué)品的液晶面板工廠來說管理上面對(duì)著不小的挑戰(zhàn)。其中SiH4屬于易燃易爆的工業(yè)大宗氣體，主要用于化學(xué)氣相沉淀工藝，是整個(gè)制造過程中重要的原材料。按照我國目前的安全生產(chǎn)，消防等法律方面的規(guī)范，SiH4供應(yīng)站屬于重大危險(xiǎn)源，不僅對(duì)其貯存場所的防火設(shè)施，貯存和供應(yīng)的設(shè)備，泄露系統(tǒng)等硬件設(shè)施和設(shè)備有嚴(yán)格的法律要求，還對(duì)相關(guān)企業(yè)在貯存和供應(yīng)SiH4的日常管理上也有嚴(yán)格的機(jī)制要求。每日供應(yīng)量數(shù)據(jù)是日常供應(yīng)管理中重要指標(biāo)，有效的數(shù)據(jù)可以直觀的反映安全和使用方面的問題，也可以適當(dāng)?shù)念A(yù)測未來的使用量，管理庫存，使得減少浪費(fèi)，控制成本的效果。因此需要建立每日供應(yīng)量的控制管理。

統(tǒng)計(jì)過程控制（Statistical Process Control，SPC）是一種借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的過程控制工具。根據(jù)中心極限定理，檢測量的統(tǒng)計(jì)值一般都服從正態(tài)分布;根據(jù)正態(tài)分布3δ準(zhǔn)則計(jì)算上控制線（Upper Control Limit，UCL）與下控制線（Lower Control Limit，LCL），統(tǒng)計(jì)值落入上下控制線外的概率為0.27%，按照小概率不發(fā)生原理，當(dāng)此情況出現(xiàn)則認(rèn)為過程處于不穩(wěn)定失控狀態(tài)[1]。這種控制圖可以對(duì)供應(yīng)情況進(jìn)行分析，根據(jù)反饋信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性因素出現(xiàn)的征兆，采取適當(dāng)?shù)母纳拼胧┫惓Ｓ绊?使得過程始終維持在僅受隨機(jī)性因素影響的受控狀態(tài)，從而達(dá)到供應(yīng)的安全和穩(wěn)定，控制成本的目的。統(tǒng)計(jì)過程控制理論的研究雖從加工過程開始，但其研究成果適應(yīng)于各種過程，如設(shè)計(jì)過程，管理過程，生產(chǎn)過程，服務(wù)過程;統(tǒng)計(jì)過程控制已成為企業(yè)質(zhì)量管理必不可少的工具和質(zhì)量保證手段。液晶面板行業(yè)的Samsung Display，LG Display，京東方等面板企業(yè)早在20實(shí)際90年代開始引進(jìn)6δ質(zhì)量管理理論，并且把統(tǒng)計(jì)過程控制理論運(yùn)營到制程過程的各領(lǐng)域。特別是設(shè)備參數(shù)設(shè)定，工藝能力評(píng)價(jià)中廣泛利用。

本文以問題為導(dǎo)向，通過回歸分析提高SiH4每日供應(yīng)量數(shù)據(jù)的有效性，在擬合值的基礎(chǔ)上建立“單值-移動(dòng)極差控制圖”，有效控制SiH4供應(yīng)過程，根據(jù)反饋信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性因素出現(xiàn)的征兆，采取適當(dāng)?shù)母纳乒芾硐惓Ｓ绊?。使過程始終維持在僅受隨機(jī)性因素影響的受控狀態(tài)，從而達(dá)到供應(yīng)的安全和穩(wěn)定，控制成本的目的。

1 ?SiH4供應(yīng)量管理中存在的問題

1.1 SiH4供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)成及管理現(xiàn)狀

A工廠SiH4供應(yīng)系統(tǒng)主要由SiH4供應(yīng)站內(nèi)的長管拖車，BSGS，連接到生產(chǎn)設(shè)備的管道設(shè)施，生產(chǎn)廠房內(nèi)的VMB和泄露探測器等部分構(gòu)成。其中，SiH4供應(yīng)站是甲級(jí)防火等級(jí)的生產(chǎn)附屬建筑。長管拖車是儲(chǔ)存高壓SiH4的容器，BSGS設(shè)備主要作用是快速降壓SiH4的壓力，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的供應(yīng)壓力。降壓后的SiH4通過雙重管道，在VMB設(shè)備進(jìn)行分配管路并供應(yīng)到生產(chǎn)設(shè)備[2]。SiH4供應(yīng)系統(tǒng)請(qǐng)見圖1。整個(gè)供應(yīng)系統(tǒng)每隔30米距離安裝了泄露探測器的探測感應(yīng)器，探測感應(yīng)器主要利用化學(xué)反應(yīng)檢測氣體泄露，再把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)的方式工作。另外，整個(gè)系統(tǒng)采用SSM集成信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控供應(yīng)和泄露的狀態(tài)。

對(duì)于SiH4供應(yīng)量的管理，每日供應(yīng)量數(shù)據(jù)的計(jì)算和共享是主要管理對(duì)象。SiH4系統(tǒng)供應(yīng)量的計(jì)算是通過信息系統(tǒng)收集的每日凌晨0點(diǎn)的SiH4供應(yīng)站室內(nèi)溫度和安裝在BSGS管道中的壓力表的壓力值來計(jì)算。由于BSGS與長管拖車是緊密連接，并且相關(guān)壓力表都符合測量要求;測量數(shù)值能夠精準(zhǔn)的反映容器內(nèi)SiH4的壓力值。收集數(shù)據(jù)后，利用范華德方程[3]計(jì)算當(dāng)日0點(diǎn)的容器內(nèi)剩余重量。最后，減去前天0點(diǎn)的剩余重量，得出SiH4的日供應(yīng)量。圖2是某月供應(yīng)量的趨勢圖。

可以看出，某月供應(yīng)量數(shù)據(jù)波動(dòng)大，供應(yīng)量為0的天數(shù)多達(dá)17天。但是經(jīng)確認(rèn)當(dāng)月每天都使用SiH4，說明現(xiàn)有的供應(yīng)量數(shù)據(jù)無法反映實(shí)際使用情況，數(shù)據(jù)嚴(yán)重存在無效性。因此，以現(xiàn)有的數(shù)據(jù)不能進(jìn)行過程控制管理。

1.2 供應(yīng)量問題分析

表1中剩余重量值是以溫度測量值和壓力測量值為自變量，通過范德華方程計(jì)算的數(shù)據(jù)。當(dāng)日供應(yīng)值是由當(dāng)前剩余量減去前天剩余量而得出的差值。顯然，當(dāng)日重量值中的存在負(fù)數(shù)。經(jīng)確認(rèn)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)人員因負(fù)數(shù)沒有現(xiàn)實(shí)意義，直接修改負(fù)的數(shù)值為0。因此計(jì)算結(jié)果為負(fù)數(shù)的數(shù)據(jù)導(dǎo)致供應(yīng)量為0的無效結(jié)果。當(dāng)日供應(yīng)值不僅是負(fù)值，并且偏差也很大。原因主要是無法直接測量重量數(shù)據(jù)的情況下，采用范德華方程計(jì)算過程中，本應(yīng)該利用在壓力一定時(shí)重量與溫度負(fù)相關(guān)關(guān)系或者溫度一定時(shí)重量與壓力的正相關(guān)關(guān)系，但是當(dāng)前環(huán)境中很難控制溫度或者壓力相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài);另一個(gè)原因是當(dāng)月產(chǎn)量的波動(dòng)也影響了剩余重量值的計(jì)算。因此，計(jì)算剩余重量值過程中適當(dāng)控制溫度，壓力，使用量的波動(dòng)可能成為一種理想的解決方法。

2 ?數(shù)據(jù)研究與回歸分析

2.1 數(shù)據(jù)研究

由于現(xiàn)有可收集的產(chǎn)量值，溫度測量值，壓力測量值等數(shù)據(jù)不能夠計(jì)算出有效的每日供應(yīng)量，所以對(duì)已收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兓沟脺囟群褪褂昧康牟▌?dòng)盡可能得到控制。

t日的？駐Pt實(shí)際上t日，凌晨0點(diǎn)時(shí)的溫度下，剩余重量值沒有變化時(shí)的壓力P′t與剩余重量值按照產(chǎn)量變化時(shí)的壓力Pt的差值。計(jì)算中溫度都統(tǒng)一使用了t日，凌晨0點(diǎn)的測量溫度，很大程度上控制了溫度的變化。在溫度和體積相對(duì)穩(wěn)定的情況下，壓力與重量成正相關(guān)關(guān)系。因此，？駐Pt與Mp成正相關(guān)關(guān)系。而通過式（3）得知，Mp與產(chǎn)量Ct是存在正比關(guān)系;所以，？駐Pt與Ct可能存在正相關(guān)關(guān)系。

2.2 數(shù)據(jù)收集

以過去某8個(gè)月的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用2.1數(shù)據(jù)研究章節(jié)的6個(gè)式得出？駐Pt。其中，單位產(chǎn)量的平均期望使用量U值是根據(jù)生產(chǎn)部門的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)得出。U值的驗(yàn)證不是本文研究范圍，因此不進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證;只利用產(chǎn)量與原材料的使用量成正比，并且存在單位產(chǎn)量平均期望使用量的一般性結(jié)論。由于化學(xué)氣相沉淀是關(guān)鍵工藝，工藝中參數(shù)都有長期穩(wěn)定性，所以假設(shè)期望值U值具有穩(wěn)定性，長期不變。表2是某8個(gè)月統(tǒng)計(jì)量的部分?jǐn)?shù)據(jù)。

2.3 回歸分析

首先，對(duì)？駐Pt與Ct進(jìn)行相關(guān)關(guān)系驗(yàn)證，圖3是通過軟件得出的結(jié)果。關(guān)系系數(shù)R為0.946說明？駐Pt與Ct之間存在強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系，需要有必要進(jìn)一步的研究。

圖6是調(diào)整后的殘差圖。正態(tài)概率圖中可以看出P值為0.125大于0.05，說明殘差服從正態(tài)分布。殘差與擬合值的散點(diǎn)圖中可以看出，殘差值基本上隨機(jī)分布，沒有異常形態(tài)。

殘差與順序的散點(diǎn)圖中可以看出，殘差略微具有自相關(guān)性;但是實(shí)際數(shù)據(jù)為壓力值，壓力受溫度波動(dòng)影響，溫度呈現(xiàn)一定的時(shí)間序列模型?？紤]作為自變量的產(chǎn)量對(duì)回歸方程已經(jīng)貢獻(xiàn)多達(dá)93.7%的信息量，再加上最終控制管理的對(duì)象為每日供應(yīng)量即重量。綜合上述情況，現(xiàn)存在的自然對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后壓力差值殘差的自相關(guān)性可以視為白噪聲，即非控制因素。

3 ?檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

3.1 模型的現(xiàn)實(shí)意義

3.2 模型預(yù)測

以1.2章節(jié)的表1的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用3.1擬合回歸的模型，重新預(yù)測存在問題月份的每日供應(yīng)量。表3為預(yù)測結(jié)果。

預(yù)測結(jié)果顯示與實(shí)際情況一致，每日都存在供應(yīng)量數(shù)據(jù)。比起改善前17天的供應(yīng)量數(shù)據(jù)為0的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，數(shù)據(jù)有效性有了顯著的進(jìn)步。經(jīng)過生產(chǎn)部門和采購部門的數(shù)據(jù)驗(yàn)證，此預(yù)測數(shù)據(jù)基本上符合同一時(shí)期的采購量和使用量的預(yù)估數(shù)據(jù)。因此，通過回歸模型得到的預(yù)測數(shù)據(jù)可以使用到日常供應(yīng)管理過程。

4 ?控制管理

改善后的每日供應(yīng)量數(shù)據(jù)可以反應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)情況。由于供應(yīng)量自身的管理特征，一個(gè)統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)只有一個(gè)數(shù)據(jù)，是屬于子組只存在一個(gè)觀測值的情況?？梢圆捎谩皢沃?移動(dòng)極差”（x-Rs）控制圖分析供應(yīng)過程的統(tǒng)計(jì)受控情況[5]。

根據(jù)供應(yīng)量數(shù)據(jù)的實(shí)際意義，采用控制圖上有一個(gè)點(diǎn)位于控制線以外的規(guī)則1和連續(xù)6點(diǎn)遞增或者遞減的規(guī)則3為供應(yīng)是否受控狀態(tài)的判斷規(guī)則。圖7為3.2章節(jié)預(yù)測數(shù)據(jù)的單值-移動(dòng)極差控制圖。

控制圖中可以發(fā)現(xiàn)，第三天的供應(yīng)量超過了上限值。經(jīng)確認(rèn)，這天由于反品加工量多，新產(chǎn)品開發(fā)測試的安排，使用量增多;也比前天供應(yīng)量的差值略大，從而導(dǎo)致發(fā)生了失控狀態(tài)，控制管理的作用在于通過每天分析最近31天供應(yīng)量的單值-移動(dòng)極差控制圖，根據(jù)其反饋信息找出失控出現(xiàn)的原因，并及時(shí)改善處理;減少不必要的浪費(fèi)，從而完成適當(dāng)供應(yīng)，達(dá)到供應(yīng)的安全和穩(wěn)定，甚至控制成本的目的。

5 ?結(jié)論

SiH4日常供應(yīng)量數(shù)據(jù)存在無效現(xiàn)象，不能夠反映實(shí)際生產(chǎn)使用情況。由于溫度，壓力，使用量等因素的同時(shí)變化，導(dǎo)致已有的計(jì)算方法的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)負(fù)數(shù)。通過范華德公式的推導(dǎo)，有效控制溫度和使用量的波動(dòng)，利用壓力差和產(chǎn)量的正相關(guān)關(guān)系，擬合出回歸方程。并通過回歸分析和殘差分析完善模型。通過模型檢驗(yàn)，驗(yàn)證了改善后的預(yù)測數(shù)據(jù)比改善前的數(shù)據(jù)更具備有效性，也基本上符合與生產(chǎn)和采購的預(yù)估數(shù)據(jù)。根據(jù)供應(yīng)量數(shù)據(jù)的實(shí)際意義，采用單值-移動(dòng)極差控制圖分析供應(yīng)過程。對(duì)于失控進(jìn)行原因分析，并及時(shí)進(jìn)行改善措施。今后，可以采用同樣的方法持續(xù)監(jiān)控SiH4的供應(yīng)量。

本文的SiH4每日供應(yīng)量計(jì)算方法和控制圖分析方法對(duì)于其他高壓氣體的供應(yīng)量控制具有一定的擴(kuò)展性。

注釋：

①F0為荷蘭化學(xué)家范德華研究了許多氣體之后，提出了修正氣體方程式，其形式為：P+a（V-nb）=nRT，其中a，b為范華德常數(shù)，P為壓力，V為體積，T為溫度，n為摩爾質(zhì)量，R為比例系數(shù)。

②F1為F0推導(dǎo)公式，其形式為：

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