基于SPC的卷煙加工過程產(chǎn)品質(zhì)量缺陷預(yù)警方式與應(yīng)用

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.036

摘" 要：卷煙生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品加工尺寸波動是由人、機器、材料、方法、環(huán)境和測量等因素的異常波動影響所致。通過將現(xiàn)代信息技術(shù)與統(tǒng)計方法相結(jié)合，根據(jù)實時統(tǒng)計分析情況進行異常波動預(yù)警來實現(xiàn)設(shè)備自動控制調(diào)整或人工實時干預(yù)，達到降低異常波動對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。在生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)應(yīng)用SPC方法、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工程數(shù)據(jù)庫，對煙支關(guān)鍵物理指標及卷煙產(chǎn)品外觀質(zhì)量缺陷進行控制圖實時分析，該文基于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)建立■-s圖、P圖和C圖進行煙支重量波動預(yù)警，實現(xiàn)質(zhì)量實時監(jiān)控、預(yù)警，消除潛在的質(zhì)量事故隱患，完成統(tǒng)計結(jié)果控制過程向?qū)崟r控制過程的轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：卷煙；預(yù)警；SPC；質(zhì)量缺陷；控制判異準則

中圖分類號：TS452" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0１４４-0５

Abstract： In the process of cigarette production， the fluctuation of product processing size is caused by the abnormal fluctuation of human， machine， material， method， environment， measurement and other factors. Through the combination of modern information technology and statistical methods， early warning of abnormal fluctuations is carried out according to real-time statistical analysis to achieve automatic equipment control adjustment or manual real-time intervention， so as to reduce the impact of abnormal fluctuations on product quality. The SPC method， network technology and engineering database are applied in the production site system to make a real-time control chart analysis of the key physical indexes of cigarettes and the appearance quality defects of cigarette products. Based on the real-time data generated in the production process， this paper sets up -s chart， P chart and C chart to carry out the early warning of cigarette weight fluctuation， so as to realize real-time quality monitoring and early warning， and eliminate the hidden danger of potential quality accidents. Complete the transformation from statistical result control process to real-time control process.

Keywords： cigarette; early warning; SPC; quality defect; control differentiation criteria

Y卷煙廠經(jīng)過多年的發(fā)展與摸索，確立了“全面提高質(zhì)量管控，全面實現(xiàn)管控的自動化、數(shù)字化、信息化三方面要求”的發(fā)展目標。質(zhì)量預(yù)警管理是現(xiàn)代質(zhì)量管理發(fā)展的必然趨勢，其核心是實現(xiàn)“預(yù)防為主”的現(xiàn)代質(zhì)量管理思想，以預(yù)警機制為主線，建立生產(chǎn)全過程質(zhì)量實時監(jiān)控、預(yù)警和報警體系，構(gòu)建質(zhì)量缺陷預(yù)警平臺，實現(xiàn)卷包生產(chǎn)線質(zhì)量管控模式由控制結(jié)果向控制過程轉(zhuǎn)變，由靜態(tài)控制向動態(tài)控制轉(zhuǎn)變，由粗放控制向精細控制轉(zhuǎn)變，全面提升卷煙外觀和物理質(zhì)量指標水平?；赟PC的卷煙加工過程產(chǎn)品質(zhì)量缺陷預(yù)警方式可以實現(xiàn)卷包生產(chǎn)過程的動態(tài)監(jiān)測，使卷包生產(chǎn)質(zhì)量管理由靜態(tài)、被動狀態(tài)走向動態(tài)、主動狀態(tài)，實現(xiàn)卷包質(zhì)量管理的超前性，切實有效地減少同品牌卷煙因不同的生產(chǎn)機型、人員素質(zhì)等所導致的質(zhì)量波動，減少質(zhì)量缺陷，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

以先進的計算機和通信技術(shù)為主要手段，以在線SPC為主、離線SPC為輔，對卷包生產(chǎn)進行全面的外觀質(zhì)量管控。基于底層大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)（卷包數(shù)采、綜合測試臺、日常檢驗業(yè)務(wù)），通過平臺中分析用控制圖，對其進行有效的西格瑪預(yù)警線分析，進行現(xiàn)場實時監(jiān)控并有效預(yù)警。通過企業(yè)移動信息管理平臺實現(xiàn)對生產(chǎn)車間的質(zhì)量管理與控制，實現(xiàn)企業(yè)質(zhì)量管控統(tǒng)一規(guī)范。從而保證企業(yè)質(zhì)量標準的統(tǒng)一部署和復(fù)制。同時將質(zhì)量管控與企業(yè)車間的設(shè)備狀況和生產(chǎn)實際緊密結(jié)合，使質(zhì)量管理能夠敏捷地響應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況的變化，能對質(zhì)量問題做到快速響應(yīng)和處理，減少浪費提高生產(chǎn)效率。

1" SPC技術(shù)在卷煙制造中的運用

1.1" SPC的作用和用途

SPC即英文“Statistical Process Control”之縮寫，意為“統(tǒng)計制程控制”，或稱“統(tǒng)計過程控制”。SPC主要是指應(yīng)用統(tǒng)計分析技術(shù)對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，科學區(qū)分出生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量的隨機波動與異常波動，從而對生產(chǎn)過程的異常趨勢提出預(yù)警，以便生產(chǎn)管理人員及時采取措施，消除異常，恢復(fù)過程的穩(wěn)定，從而達到提高和控制質(zhì)量的目的。在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品加工尺寸的波動是不可避免的[1]。其是由人、機器、材料、方法和環(huán)境等基本因素的波動影響所致。波動分為2種：正常波動和異常波動。正常波動是偶然性原因（不可避免因素）造成的。其對產(chǎn)品質(zhì)量影響較小，在技術(shù)上難以消除，在經(jīng)濟上也不值得消除。異常波動是由系統(tǒng)原因（異常因素）造成的。其對產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，但能夠采取措施避免和消除。過程控制的目的就是消除、避免異常波動，使過程處于正常波動狀態(tài)。

1.2" SPC技術(shù)在卷煙制造行業(yè)中的運用

A廠構(gòu)建了基于MES的SPC系統(tǒng)，實現(xiàn)了制絲、卷包生產(chǎn)過程“關(guān)鍵參數(shù)指標、質(zhì)量指標、檢測指標”的數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控、異常報警、初步診斷、統(tǒng)計分析和信息記錄等功能，使過程始終處于可接受的穩(wěn)態(tài)水平，從而保證過程質(zhì)量和成品質(zhì)量的穩(wěn)定和一致，實現(xiàn)精益制造[2]。B廠對多個月卷煙物理指標的檢驗數(shù)據(jù)進行了收集整理，通過采用-R控制圖實現(xiàn)了對生產(chǎn)過程中煙支的吸阻、圓周、長度和重量等物理指標過程穩(wěn)定性長期有效的分析控制[3]。郭宏敏等[4]通過運用流程分析（IPO）、矩陣分析（Camp;E）等技術(shù)系統(tǒng)梳理卷接包工藝流程，篩選影響質(zhì)量指標的關(guān)鍵因素，確定生產(chǎn)過程重點監(jiān)控對象；利用測量系統(tǒng)分析技術(shù)（MSA），識別在線監(jiān)測儀器的可靠性； 在收集、分析、整理大量數(shù)據(jù)和信息的基礎(chǔ)之上，建立卷接包工序統(tǒng)計過程控制應(yīng)用規(guī)則；實現(xiàn)卷接包關(guān)鍵指標的實時監(jiān)控、即時報警、系統(tǒng)分析。石鳳學等[5]對某品牌卷煙14個生產(chǎn)廠家5 693個檢測樣本煙支的8個物理指標應(yīng)用六西格瑪 （Six Sigma， 6σ）方法分析質(zhì)量控制情況。

2" SPC技術(shù)在Y廠卷煙加工過程外觀質(zhì)量缺陷預(yù)警中的運用

2.1" SPC技術(shù)運用的意義

SPC通過對生產(chǎn)過程進行分析評價，根據(jù)反饋信息及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性因素出現(xiàn)的征兆，并采取措施消除其影響，使過程維持在僅受隨機性因素影響的受控狀態(tài)，以達到控制質(zhì)量的目的。當過程僅受隨機因素影響時，過程處于統(tǒng)計控制狀態(tài)（簡稱受控狀態(tài)）；當過程中存在系統(tǒng)因素的影響時，過程處于統(tǒng)計失控狀態(tài)（簡稱失控狀態(tài)）[6-7]。由于過程波動具有統(tǒng)計規(guī)律性，當過程受控時，過程特性一般服從穩(wěn)定的隨機分布；而失控時，過程分布將發(fā)生改變。SPC正是利用過程波動的統(tǒng)計規(guī)律性對過程進行分析控制的。因而，它強調(diào)過程在受控和有能力的狀態(tài)下運行，從而使產(chǎn)品和服務(wù)穩(wěn)定地滿足顧客的要求[8-9]。通過在卷煙加工過程外觀質(zhì)量缺陷預(yù)警中系統(tǒng)運用SPC技術(shù)，分機臺、分品牌對關(guān)鍵物理指標（如重量、長度等）和重點卷煙外觀缺陷進行控制圖分析，通過在生產(chǎn)過程中建立-s圖、P圖和C圖進行質(zhì)量控制，實現(xiàn)質(zhì)量實時監(jiān)控、預(yù)警，消除潛在的質(zhì)量事故隱患，實現(xiàn)了控制結(jié)果向控制過程轉(zhuǎn)變[10]。

2.2" 控制圖選型

卷包生產(chǎn)線SPC系統(tǒng)以SPC技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和工程數(shù)據(jù)庫及其管理技術(shù)建立一種質(zhì)量管控系統(tǒng)，形成可以覆蓋卷包生產(chǎn)線多臺套卷煙機組的質(zhì)量預(yù)防系統(tǒng)，主要包括過程能力直方圖分析和控制圖分析[11]。以Y卷煙廠卷包生產(chǎn)線各機臺生產(chǎn)的各牌號煙支在線綜合測試臺的檢測結(jié)果，以及卷煙機在線檢測系統(tǒng)剔除的空頭煙支、漏氣煙支數(shù)量為研究對象，進行控制圖選型，選型結(jié)果如下。

根據(jù)卷包現(xiàn)場的實際情況，因為關(guān)鍵物理指標（如重量、長度等）是計量型數(shù)據(jù)，因此，按計量型數(shù)據(jù)的要求篩選控制圖。因為空頭煙支、漏氣煙支數(shù)量和箱裝、條裝、煙支缺陷數(shù)是計數(shù)型數(shù)據(jù)，因此，按計數(shù)型數(shù)據(jù)的要求篩選控制圖。

2.1.1" 控制圖選型結(jié)果

1）由于現(xiàn)有的卷包機組數(shù)據(jù)量大，為保障控制精度的準確性，項目針對關(guān)鍵物理指標（如重量、長度等）進行-s控制圖、過程能力直方圖分析。

2）針對空頭煙支、漏氣煙支數(shù)量以不合格品數(shù)進行計算，由于每次不合格品數(shù)不盡相同，因此選取P圖進行分析。

3）針對箱裝、條裝、煙支外觀缺陷以缺陷數(shù)的形式進行計算，由于每次缺陷檢測的樣本量是固定的，因此選取C圖進行分析。

2.2.2" 控制界限的確定

1）重量指標-s圖的確定。通過選取X品牌6個月的重量指標值進行分組，子組大小選取5，得出結(jié)果如圖1所示。

根據(jù)-s圖，計算得出：控制上限UCL=0.887 70，控制下限LCL=0.871 74，中心值CL=0.879 72，滿足重量指標控制要求。

2）圓周指標-s圖的確定。通過選取X品牌6個月的圓周指標值，進行分組，子組大小選取5，得出結(jié)果如圖2所示。

圖2" 圓周指標的-s圖穩(wěn)定性報告

根據(jù)-s圖，計算得出：控制上限UCL=24.336 7，控制下限LCL=24.167 2，中心值CL=24.251 9，滿足圓周控制要求。

3）長度指標-s圖的確定。通過選取X品牌6個月的長度指標值，進行分組，子組大小選取5，得出結(jié)果如圖3所示。

根據(jù)-s圖，計算得出：控制上限UCL=84.132 4，控制下限LCL=83.866 0，中心值CL=83.999 2，滿足長度指標控制要求。

按照X品牌的判斷方法，可針對其他產(chǎn)品建立-s圖對應(yīng)的UCL、LCL、CL。

2.3" 控制判異準則確定

SPC 8項判異準則如下。

1）一點落在A區(qū)以外；

2）連續(xù)9點落在中心線同一側(cè)；

3）連續(xù)6點遞增或遞減；

4）連續(xù)14點相鄰點上下交替；

5）連續(xù)3點有2點落在中心線同一側(cè)的B區(qū)以外；

6）連續(xù)5點中有4點落在中心線同一側(cè)的C區(qū)以外；

7）連續(xù)15點在C區(qū)中心線上下；

8）連續(xù)8點在中心線兩側(cè)且無一在C區(qū)內(nèi)。

2.3.1" -s圖

-s圖主要針對煙支物理指標進行實時監(jiān)控管理，如圖4所示。在監(jiān)控的同時系統(tǒng)將根據(jù)分析用控制圖分析出的結(jié)果（控制線與預(yù)警線）與采樣規(guī)則代入監(jiān)控平臺，為了避免無效的預(yù)警信息并結(jié)合實際的生產(chǎn)情況，根據(jù)控制圖的三西格瑪原則，以逐步推進的方法。第一是選取A區(qū)超限作為預(yù)警，避免質(zhì)量突變。第二是選取連續(xù)6點遞增或遞減，這樣可避免質(zhì)量控制過程出現(xiàn)非隨機性。結(jié)合以上判異要求，在均值監(jiān)控圖進行語音與短信預(yù)警；標準偏差圖中連續(xù)3點超出預(yù)警線進行語音與短信預(yù)警。

預(yù)警的同時，系統(tǒng)將根據(jù)底層預(yù)警等級配置關(guān)系，將各預(yù)警點發(fā)送至一線不同崗位的業(yè)務(wù)人員（如均值預(yù)警發(fā)送至機臺操作工與現(xiàn)場巡檢人員，標準偏差預(yù)警發(fā)送至現(xiàn)場機臺修理工）。

業(yè)務(wù)人員也可在控制圖中檢索所需關(guān)注的機臺進行分析，輸入相關(guān)緯度信息，系統(tǒng)將自動繪制出生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)的質(zhì)量異常點。

2.3.2" C圖

C圖主要針對卷煙外觀指標進行實時監(jiān)控管理，如圖5所示。在監(jiān)控的同時系統(tǒng)將根據(jù)分析用控制圖分析出的結(jié)果（控制線與預(yù)警線）與采樣規(guī)則代入監(jiān)控平臺，為了避免無效的預(yù)警信息并結(jié)合實際的生產(chǎn)情況，根據(jù)控制圖的三西格瑪原則，以逐步推進的方法。第一是選取A區(qū)超限作為預(yù)警，避免質(zhì)量突變。第二是選取連續(xù)3點遞增，這樣可避免質(zhì)量控制過程出現(xiàn)非隨機性。結(jié)合以上判異要求，在均值監(jiān)控圖進行語音與短信預(yù)警。

預(yù)警的同時，系統(tǒng)將根據(jù)底層預(yù)警等級配置關(guān)系，將各預(yù)警點發(fā)送至一線不同崗位的業(yè)務(wù)人員。

業(yè)務(wù)人員也可在控制圖中檢索所需關(guān)注的機臺進行分析，輸入相關(guān)緯度信息，系統(tǒng)將自動繪制出生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)的質(zhì)量異常點。

2.3.3" P圖

P圖主要針對卷煙機臺剔除指標進行實時監(jiān)控管理，如圖6所示。在監(jiān)控的同時系統(tǒng)將根據(jù)分析用控制圖分析出的結(jié)果（控制線與預(yù)警線）與采樣規(guī)則代入監(jiān)控平臺，為了避免無效的預(yù)警信息并結(jié)合實際的生產(chǎn)情況，根據(jù)控制圖的三西格瑪原則，以逐步推進的方法。第一是選取A區(qū)超限作為預(yù)警，避免質(zhì)量突變。第二是選取連續(xù)6點遞增，這樣可避免質(zhì)量控制過程出現(xiàn)非隨機性。第三是選取了連續(xù)5點，有4點落在中心線同一側(cè)，這樣是為了避免出現(xiàn)偏態(tài)的情況。結(jié)合以上判異要求，在均值監(jiān)控圖進行語音與短信預(yù)警。

預(yù)警的同時，系統(tǒng)將根據(jù)底層預(yù)警等級配置關(guān)系，將各預(yù)警點發(fā)送至一線不同崗位的業(yè)務(wù)人員。

業(yè)務(wù)人員也可在控制圖中檢索所需關(guān)注的機臺進行分析，輸入相關(guān)緯度信息，系統(tǒng)將自動繪制出生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)的質(zhì)量異常點。

2.4" 基于SPC的質(zhì)量缺陷預(yù)警模式的建立

針對控制圖中判異點數(shù)值、過程能力指數(shù)低于目標值及采取預(yù)防措施通過短信平臺實時發(fā)送，其將預(yù)警值與預(yù)防措施實時發(fā)送給與質(zhì)量相關(guān)的人員，各崗位人員各盡其職，實現(xiàn)質(zhì)量實時監(jiān)控、預(yù)警，消除潛在的質(zhì)量事故隱患，實現(xiàn)控制結(jié)果向控制過程轉(zhuǎn)變，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與技術(shù)結(jié)構(gòu)功能如圖7、圖8所示。

圖7" 卷包生產(chǎn)線SPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3" 結(jié)束語

基于SPC的卷煙加工過程產(chǎn)品質(zhì)量缺陷預(yù)警方式可通過質(zhì)量管理數(shù)字化項目實現(xiàn)應(yīng)用。Y卷煙廠已基于MES系統(tǒng)搭建卷包加工過程外觀質(zhì)量缺陷預(yù)警平臺，該平臺依托于MES系統(tǒng)信息化建設(shè)的軟硬件平臺及數(shù)采網(wǎng)絡(luò)，把在線卷包生產(chǎn)過程與質(zhì)量信息化管理體系相結(jié)合，以移動作業(yè)應(yīng)用為基礎(chǔ)，實現(xiàn)移動實時預(yù)警、移動數(shù)據(jù)處理、移動業(yè)務(wù)（部分）管理，為SPC技術(shù)在卷包工序深化應(yīng)用、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能制造過程管控模式、提升準入市場產(chǎn)品的整體質(zhì)量水平，提供了實踐應(yīng)用。未來，通過基于SPC的卷煙加工過程產(chǎn)品質(zhì)量缺陷預(yù)警方式與卷煙工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型相結(jié)合，構(gòu)成信息化和移動化相互融合的在線式信息平臺，真正實現(xiàn)企業(yè)質(zhì)量缺陷預(yù)警及時化、準確化，提升企業(yè)質(zhì)量管理水平。該模式對卷煙制造過程其他工序也具有一定的指導和借鑒意義，可在卷煙生產(chǎn)企業(yè)推廣應(yīng)用。

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第一作者簡介：楊舒涵（1992-），男，助理工程師，工藝質(zhì)量科副科長。研究方向為工藝質(zhì)量管理。