0 引言
在競爭激烈的全球經濟中，產品質量對制造企業具有前所未有的重要作用，只有具備良好的質量管理、控制和保證體系，才能確保產品或服務達到質量要求。而大多數制造企業在生產中普遍缺乏有效的質量信息采集、處理、分析、控制和管理的手段，無法有效地改進產品質量。
SPC( Statistical Process Control)即統計過程控制，最早就是由美國質量管理專家休哈特(WA.Shewhart)于1924年提出的，其概念是：SPC是借助數理統計方法的一種過程控制工具，它對整個生產過程進行分析與評價，并根據其反饋的信息及時發現偶然因素的出現，同時采取可行措施消除其影響．使整個過程維持在僅受隨機性因素影響的受控狀態，以達到質量控制的目的…。與以往的質量控制手段相比SPC的顯著特點是將事后檢驗變為事前檢測和預防，針對質量特征值的統計規律，通過控制圖理論對每一道關鍵工序建立起簡易的控制系統，一旦出現問題及時發現并糾正，避免大量不合格品的出現，從而完成對整個生產過程實時監控，以達到事前預防的目的。
某公司是以研制生產光機電一體化產品為主的國家重點企業，其精密機械加工車間擔負著公司大部分光電產品的機加任務，對產品質量的要求極為嚴格。在原有質量管理模式下，車間對生產過程沒有有效地監控，不能了解生產過程是否穩定；生產質量數據的整理與統計比較零散，沒有系統的統計分析，無法實現對歷史質量數據的統計查詢；不能對質量問題進行及時調整和改善，無法達到預防質量問題的目的。針對上述車間質量管理方面存在的問題根據統計過程控制的原理，運用計算機信息技術設計開發了車間制造過程質量管理系統，運用SPC方法對機械加工車間的生產過程進行有效監控，對質量數據進行控制圖分析和過程能力控制，及時發現問題并糾正，從而保證產品質量，提高管理效率。
1 基于SPC的車間質量管理
1.1 車間質量管理業務流程分析
為了應用SPC方法解決車間質量管理方面存在的問題，對機加車間的質量控制流程進行了充分、系統的前期調研和分析，總結機械加工車間實際質量管理的業務流程如圖l所示。
圖1 機加車間質量管理流程圖
機加車間庫管員從公司倉庫領取原材料，經過初步的進貨檢驗以確定原材料是否合格，如果存在質量問題則進行廢品處理，否則放入車間毛坯庫位等待加工，操作者根據派發的零件加工流轉單領取原料進行加工，加工完畢后如果該加工工序為質量控制關鍵工序，則送到質檢組進行檢驗并填寫相應的質量檢驗單，檢驗合格的零件轉移到下一個加工工段，直到零件在本車間加工任務完畢后進行報交。對于檢驗不合格的零件如果可以修復則進行返工操作，否則就要進行廢品處理。質檢部門的檢驗人員要將質檢數據及時錄入系統以便根據這些數據生成各種控制圖和質量統計報表。
1.2 基于SPC的車間質量控制流程
根據機加車間質量管理流程和質量控制的具體需求，綜合運用控制圖、直方圖、過程能力分析等SPC技術，將機加車間質量管理系統的質量控制流程分為準備、分析和監控三個階段，如圖2所示。
圖2 機加車間質量控制流程
1.2.1 準備階段
在應用SPC方法之前，需要識別出對產品品質好快起重要作用的關鍵過程，采集關鍵過程的產品質量信息并進行分析與處理。
1.2.2 分析階段
在SPC分析階段需要解決兩個基本問題：一是工序質量狀況是否穩定；二是過程能力是否充足。前者可利用控制圖這種統計工具進行分析測定；后者可通過過程能力查定來實現。
1)控制圖分析一生產過程中產品的質量特征值的波動具有統計規律性，由于影響質量因素的系統誤差無法消除且對質量波動影響較小，故當只考慮系統偶然誤差時根據中心極限定理，產品總體質量特性服從正態分布N(μ，σ2)�？刂茍D正是利用質量特性的統計規律性對過程質量加以測定，記錄從而進行評估和監察過程是否處于控制狀態的一種圖表H1。一道關鍵工序的初期或進行系統改進后總存在不穩定因素，因此先要根據車間實際情況繪制相應的分析用控制圖來判斷過程是否受控。如存在異常點則應積極采取措施分析原因、調整過程，剔除所有異因使過程受控。
2)過程能力分析一在保證過程受控的情況下，計算過程能力指數Cp，根據表1判斷過程能力是否合適(Cp≥1)。其中過程能力指數Cp是衡量受控狀態下過程的加工質量符合公差范圍能力的參數。當公差的中心值M與數據分布的中心一致時，稱過程能力“無偏”，指數用Cp表示；不一致時稱為“有偏”，指數用Cpk表示，計算公式如下所示。
如果過程能力充足，則進入監控階段；如果過程能力不足，則要采取措施分析原因、調整過程，然后重新進行過程判斷和過程能力評價。
表1 過程能力指數評價表
1.2.3 監控階段
在過程能力足夠的前提下，通過延長穩態下控制圖的控制線作為控制用控制圖對生產過程進行監控，并通過推移圖和排列圖等輔助圖表分析產生質量問題的原因。如出現異常則及時查明原因，并采取相應措施調整工序，使質量過程重新處于穩態。監控階段可以充分體現出SPC預防控制的作用。
在機加車間的實際應用中，對于每道關鍵工序都必須經過以上三個階段，并且在必要時會重復進行從分析到監控的過程。
2 基于SPC的質量管理系統的設計與實現
2.1 質量管理系統結構設計
對于不同的制造企業，其質量目標不同、質量體系要素不同、質量活動的內容及側重點也不盡相同，應該根據企業的實際需求設計和規劃模塊功能并進行開發�；谏衔乃鰴C加車間質量控制流程，結合車間的實際運作特點、質量管理狀況和相關標準，提出了如圖3所示由監控層、數據層及應用層組成的車間質量管理系統體系結構。
圖3 機加車間質量管理系統體系結構
1)監控層：監控層負責機加車間生產過程中質量控制關鍵工序質量數據的采集�，F有機加車間的質量數據采集手段主要有手持數據采集終端、人工數據采集以及三坐標儀等自動數據采集設備，軟件提供其與數據層進行數據交互的數據接口。
2)數據層：數據層負責軟件系統信息數據的存儲和管理。用戶數據庫存儲用戶、角色和相應權限信息；質量信息數據庫負責車間質量過程信息的存儲和管理，為控制圖繪制和過程能力分析提供數據支持；質量控制知識庫管理質量控制與調整過程中的分析診斷及處理方法信息，為質量診斷和過程調整提供參考。
3)應用層：應用層集成了系統運行的核心業務模塊，包括了控制圖分析模塊、過程能力分析控制模塊等SPC質量控制的主要應用方法，是實現質量統計過程控制的主要途徑。除了以上兩個模塊應用層還包括質量信息統計以及系統管理模塊。根據機加車間品種多、批量變化大的特點，控制圖分析模塊選用均值-極差控制圖、均值-標準差控制圖、p不良率控制圖作為分析用控制圖。進入SPC監控階段，通過延長控制圖的控制線作為控制用控制圖對生產過程進行監控，并通過推移圖和排列圖輔助分析產生質量問題的原因。過程能力分析模塊負責在車間質量過程處于統計穩態后對過程能力指數進行分析與計算。質量信息統計模塊負責數據的維護以及質量文檔的管理和查詢。除此之外，系統管理模塊實現系統的設置和用戶管理功能。
基于SPC的車間質量管理系統并不是一個孤立的系統，必須和機加車間現有的MES以及企業級的質量管理層集成，才能避免“信息孤島”的出現，使之很好地發揮作用。系統通過應用XML中間件技術以及同構數據庫實現與其他信息系統的信息交互。
2.2 質量管理系統的實現
基于上述原理和系統體系結構，以及網絡環境下質量管理系統必須遵循實用性、安全性、可靠性和開放性等軟件開發原則并在考慮到機械加工車間實際生產情況的基礎上，利用Microsoft.NET編程環境開發了基于SPC的車間制造過程質量管理系統。
軟件系統以Oracle 9i數據庫為支撐，Windows為前臺操作平臺，以企業內部網絡為運行環境，通過車間現場監控設備和人工采集及時收集大量生產質量數據，繪制SPC控制圖并進行過程能力分析，實時監控每道關鍵工序的質量，及時發現問題，不斷分析質量問題中各種影響因素，找出原因井采取解決措施進行針對性預防和改善，從而達到持續改進的目的。其中圖4為平均值一極差控制圖界面，圖5為過程能力趨勢圖界面，圖6為質量信息綜合查詢界面。
圖4 平均值一極差控制圖
圖5 過程能力趨勢圖
圖6 質量信息查詢
3 結束語
統計過程控制(SPC)的應用是企業質量管理的有效工具，隨著SPC技術和管理的逐步成熟和普及，使SPC在質量管理、質量保證中發揮著越來越重要的作用。質量管理作為車間制造執行過程中不可或缺的一環，為上層系統提供大量實際生產中的質量數據，使企業的生產可以穩定、有序的進行，對于企業穩定提高產品品質水平，提高企業管理水平和企業經營績效具有重要意義。本文介紹了統計過程控制的相關原理，將SPC技術與計算機信息技術相結合，設計并實現了機械加工車間質量管理系統，通過對質量信息的及時處理和統計評價，改變了企業原有的人工統計方式，提高了車間質量信息采集、統計、分析處理的速度和水平，提高了質量控制的時效性和質量管理的效率，保證了產品的質量。
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本文標題：基于SPC的車間制造質量管理系統研究
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