SPC在減振制品混煉膠過程控制中的應用

于 鵬 劉誠波 楊桂玲

(1.青島博銳智遠減振科技有限公司 山東 青島 266031； (2.中國鐵路濟南局集團有限公司青島機車車輛監(jiān)造項目部 山東 青島 266031)

0 引言

伴隨著軌道交通行業(yè)質(zhì)量體系標準由IRIS更新至ISO 22163，體系中越來越注重預防的管控，在軌道交通行業(yè)制品的生產(chǎn)過程中引入有效可行的預防管控措施是非常必要的。

本公司主要承擔著軌道交通行業(yè)空氣彈簧和橡膠件等橡膠減振產(chǎn)品的開發(fā)與制造，混煉工序承擔著硫化制品所需要的各種混煉膠生產(chǎn)，橡膠減振產(chǎn)品的減振性能(剛度等)是由對應配方的混煉膠硫化后而得，配方種類多，產(chǎn)量大。目前部分母煉膠的門尼黏度不合格的問題導致大量混煉膠返煉處理，造成生產(chǎn)、檢驗方面的浪費，延誤正常的生產(chǎn)計劃，增加工藝、質(zhì)量人員工作量。所以公司須采取必要的措施提高母煉膠的合格率，降低返煉比例，提高生產(chǎn)效率，最終決定使用統(tǒng)計過程控制技術(shù)來實現(xiàn)此目標。

統(tǒng)計過程控制技術(shù)(SPC)是通過收集生產(chǎn)過程的關(guān)鍵過程參數(shù)進行科學的分析計算，得出對應的CPK(過程能力指數(shù))和控制圖(分析判斷過程是否處于穩(wěn)定狀態(tài)所使用帶有控制界限的圖)，通過分析了解生產(chǎn)過程中關(guān)鍵過程參數(shù)的實際波動情況，從而直觀地發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程的異常波動并予以消除；后續(xù)通過不斷的監(jiān)控過程參數(shù)異常波動→消除異常波動→監(jiān)控過程參數(shù)異常波動的PDCA循環(huán)，最終實現(xiàn)從根本上預防和減少不合格品的產(chǎn)生，確保生產(chǎn)過程的正常進行。

1 確認質(zhì)量特性

由于公司現(xiàn)處于實施SPC的初步探索階段，因此在選擇質(zhì)量特性時，要注重以下幾點：批量穩(wěn)定生產(chǎn)的過程；每個生產(chǎn)批次的測量數(shù)據(jù)多；數(shù)據(jù)可及時測量；無需停放等待。這樣可以方便實時監(jiān)控和及時發(fā)現(xiàn)異常波動并予以消除。根據(jù)公司的實際情況以及混煉膠生產(chǎn)的流程(塑煉→母煉→終煉)，母煉膠由于未加入硫磺和促進劑，不會出現(xiàn)因返工導致的提前硫化反應。因此出現(xiàn)不合格時可以根據(jù)具體情況進行返煉處理，返煉后再次檢驗合格可以繼續(xù)使用，所以質(zhì)量特性應從母煉膠的過程參數(shù)中選擇。門尼黏度值作為過程參數(shù)表征的是母煉膠加工性能的優(yōu)劣，如果門尼黏度值低，表明母煉膠存在密煉過量的問題，會導致硫化膠的物理機械性能下降，門尼黏度值高，表明母煉膠存在密煉不足的問題，會導致硫化膠的加工性能下降。因此選擇門尼黏度作為質(zhì)量特性。

2 確認統(tǒng)計分析方案

選擇合理的控制圖類型(抽樣方案、子組范圍、子組大小)是保證SPC的及時性和準確性的關(guān)鍵。綜合混煉生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況并根據(jù)2018年4月～2019年6月之間生產(chǎn)的母煉膠門尼黏度數(shù)據(jù)分析，確定了SPC的統(tǒng)計分析方案。

(1)質(zhì)量特性：母煉膠的門尼黏度。

(2)子組范圍：按生產(chǎn)批次劃分的母煉膠批次。

(3)抽樣方案：母煉膠的門尼黏度例行檢驗比例為100%，SPC統(tǒng)計的抽樣方案為每批次的第一批、最后一批、中間一批。

(4)子組大?。?組。

根據(jù)門尼黏度值的數(shù)據(jù)類型(連續(xù)型)、子組范圍等綜合因素考慮，決定利用均值極差控制圖(Xbar-R)對其進行監(jiān)控和統(tǒng)計分析。

3 具體實施步驟

(1)根據(jù)前期確定的統(tǒng)計分析方案以及2018年4月～2019年6月之間的門尼黏度數(shù)據(jù)，利用Minitab軟件做出初步分析用的控制圖和過程能力分析圖。

(2)從分析用控制圖中刪除異常波動點，計算CPK，重復此過程直至CPK≥1.33，且分析用控制圖中無異常波動點，以此作為后續(xù)監(jiān)控中使用的控制用控制圖。

(3)查找分析用控制圖中發(fā)現(xiàn)的異常點波動原因，并采取措施予以整改。

(4)利用控制用控制圖對現(xiàn)場的門尼黏度數(shù)據(jù)進行持續(xù)監(jiān)控，以期發(fā)現(xiàn)更多的異常波動點并予以解決。

4 方案實施效果分析

4.1 方案實施前過程能力分析

對2018年4月～2019年6月之間的門尼黏度數(shù)據(jù)利用Minitab軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得出的分析用控制圖和過程能力分析圖如圖1和圖2所示。

圖1 門尼黏度數(shù)據(jù)的分析用控制圖

從圖1中可見，母煉膠的生產(chǎn)過程在2018年6～7月期間出現(xiàn)連續(xù)異常點；從圖2中可見，門尼黏度數(shù)據(jù)的過程能力曲線呈正常的正態(tài)分布，但略微偏上限，過程能力指數(shù)CPK=1.00(≤1.33)，表明生產(chǎn)過程保證能力尚可，處于基本受控但仍有改進空間的狀態(tài)。

圖2 門尼黏度數(shù)據(jù)的過程能力分析圖

4.2 方案實施前制定控制用控制圖

對圖1中的異常點進行刪減并重新利用Minitab軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得出刪減后的分析用控制圖和過程能力分析圖如圖3和圖4所示。

圖3 刪除異常點后的分析用控制圖

圖4 刪除異常點后的過程能力分析圖

從圖3中可見，轉(zhuǎn)化后的分析用控制圖中已經(jīng)無異常點；從圖4中可見，門尼黏度數(shù)據(jù)的過程能力曲線呈正常的正態(tài)分布，過程能力指數(shù)CPK=1.36(>1.33)，表明生產(chǎn)過程保證能力充足，處于完全受控狀態(tài)。

4.3 異常點的原因分析以及解決措施

通過對圖1中的異常點查詢到對應的母煉膠批次，然后根據(jù)母煉膠批次查詢到對應的原材料批次(生膠、油料、炭黑)以及密煉過程的監(jiān)控曲線(密煉參數(shù))，將異常點批次以及異常點前后批次之間的原材料批次以及密煉參數(shù)進行綜合對比分析，采取“5M1E”等質(zhì)量分析方法，確認了影響門尼黏度波動的主要原因：

(1)通過原材料批次的對比，發(fā)現(xiàn)波動批次的生膠與前后批次相比發(fā)生了變更，可以判定此批次生膠的波動是導致連續(xù)異常點產(chǎn)生的一個原因；

(2)通過密煉監(jiān)控曲線的對比，發(fā)現(xiàn)波動批次母煉膠的排膠溫度與前后批次相比出現(xiàn)一定的波動(仍都在控制范圍內(nèi))，可以判定排膠溫度的波動是導致連續(xù)異常點產(chǎn)品的一個原因。

通過與相關(guān)工藝人員溝通，采取了一定措施進行改進和管控，具體如下：

(1)根據(jù)生產(chǎn)計劃，將同一批次的生膠集中進行塑煉處理以此減少生膠的內(nèi)部波動；

(2)工藝人員更新混煉工藝文件，明確規(guī)定了排膠溫度的范圍，可以根據(jù)母煉膠的門尼黏度波動情況做一定的調(diào)整，改變以往只規(guī)定最高排膠溫度的情況。

4.4 方案實施后的門尼黏度的過程能力分析

通過對影響門尼黏度的各種原因采取措施進行管控后，在后續(xù)門尼黏度例行檢驗中增加了控制用控制圖的打點管控，對控制圖中出現(xiàn)的異常點及時分析原因和采取措施，進一步提升了對門尼黏度波動的控制能力，2019年7月～2019年10月的控制圖以及過程能力分析圖如圖5和圖6所示。

圖5 2019.07～2019.10控制用控制圖

圖6 2019.07～2019.10過程能力分析圖

從圖5中可見，經(jīng)過3個月的改進和重新統(tǒng)計，門尼黏度值控制圖中已經(jīng)沒有連續(xù)出現(xiàn)的異常點，僅出現(xiàn)一個獨立的異常點；過程能力指數(shù)CPK達到1.28，與之前的過程能力指數(shù)CPK=1相比，已有一定的改善，但距離理想中的控制用控制圖無異常點、過程能力指數(shù)CPK≥1.33的目標仍有一定的改進空間。

5 總結(jié)

(1)統(tǒng)計過程控制(SPC)方法在母煉膠的生產(chǎn)過程控制的運用是可行的，對母煉膠的門尼黏度值波動起到一定的改進作用，降低了母煉膠返煉的頻率和次數(shù)，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益。

(2)基于在母煉膠工序?qū)嵤㏒PC控制的成功經(jīng)驗，對于在混煉工序(塑煉→母煉→終煉)開展整體的SPC控制具有積極的推廣作用，從而提升混煉過程整體的過程能力管控。

(3)通過對母煉膠生產(chǎn)過程進行統(tǒng)計過程控制，可以更直接地將ISO 22163體系中以預防為主的理念融入到實際生產(chǎn)當中，通過生產(chǎn)過程中實時的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，可以做到快速發(fā)現(xiàn)異常批次，及時對異常批次進行原因排查并采取預防措施，不斷對生產(chǎn)和檢驗過程進行標準化提升，從而真正做到持續(xù)改進，提高對混煉過程的質(zhì)量控制能力?！?/p>