2 Вопрос №2 «Виды и методы статистического регулирования качества технологических процессов»
Задача статистического регулирования технологического процесса состоит в том, чтобы на основании результатов периодического контроля выборок малого объема приходить к заключению: "процесс налажен" или "процеcс разлажен".
Выявление разладки технологического процесса основано на результатах периодического контроля малых выборок, осуществляемого по количественному или альтернативному признакам. Для каждого из этих способов контроля используются свои статистические методы регулирования.
Регулирование (или контроль) по количественному признаку заключается в определении с требуемой точностью фактических значений контролируемого параметра у отдельных представителей (выборки) продукции.
Затем по фактическим значениям параметров определяются статистические характеристики процесса и по ним принимаются решения о его состоянии.
Такими характеристиками являются выборочное среднее, медиана, размах и выборочное среднее квадратическое отклонение. Первые две характеристики — характеристики положения, а последние две — характеристики рассеяния случайной величины X.
Регулирование (или контроль) по альтернативному признаку заключается в определении соответствия контролируемого параметра или единицы продукции установленным требованиям. При этом каждое отдельное несоответствие установленным требованиям считается дефектом, а единица продукции, имеющая хотя бы один дефект, также считается дефектной. При контроле по альтернативному признаку не требуется знать фактическое значение контролируемого параметра — достаточно установить факт соответствия или несоответствия его установленным требованиям. Поэтому для контроля можно использовать простейшие средства: шаблоны, калибры и др. Решение о состоянии технологического процесса принимается в зависимости от числа дефектов или числа дефектных единиц продукции, выявленных в выборке.
Каждый из перечисленных способов регулирования (контроля) имеет свои преимущества и свои недостатки. Так, преимущество контроля по количественному признаку состоит в том, что он более информативен и поэтому требует меньшего объема выборки. Однако такой контроль более дорогой, поскольку для него необходимы такие технические средства, которые позволяют получать достаточно точные фактические значения контролируемого параметра. Кроме того, для статистического регулирования при контроле по количественному признаку необходимы (иногда сложные) вычисления, связанные с определением статистических характеристик. Преимущество контроля по альтернативному признаку заключается в его простоте и относительной дешевизне, так как можно использовать простейшие средства контроля или даже визуальный контроль. К недостаткам такого контроля относится его меньшая информативность, что требует большого объема выборки при равных исходных данных.
Методы регулирования процессов. В настоящее время существует несколько методов статистического регулирования технологических процессов. Наиболее распространенный и эффективный из них — метод с использованием контрольных карт (карт Шухарта), на которых отмечают границы регулирования, ограничивающие область допустимых значений, вычисленных на основании статистических данных. Выход точки за границы регулирования (или появление ее на самой границе) служит сигналом о разладке технологического процесса. Контрольная карта позволяет не только обнаружить какие-то отклонения от нормального хода процесса, но и в значительной степени объяснить причины этого отклонения.
Предположим, что процесс стабилен во времени (статистически управляем). Пусть кривые, изображенные на рис. 1, отражают общий выход процесса каждый час. Так как процесс стабилен, эти кривые остаются во времени неизменными, час за часом.
Если каждый час отбираются четыре изделия и они измеряются, то в разных подгруппах будут получены различные результаты. Пусть крестики (X) показывают эти результаты. По каждой подгруппе вычисляются статистические свертки — групповое среднее и групповой размах. Эти итоговые статистики наносятся затем на контрольные карты, как показано на рис. 2. Эти контрольные карты представляют собой графики хода процесса с отмеченными на них контрольными пределами.
Пока процесс остается стабильным и неизменным, средние и размахи подгрупп будут «болтаться» случайным образом в пределах установленных границ. В данном случае можно сказать, что никакой неконтролируемой вариации не обнаружено и рассматриваемое явление оставалось неизменным все время наблюдения.
Р
исунок
2.1 – Четыре подгруппы, отобранные из
идеального стабильного процесса
Рисунок 2.2 – Карта среднего и размаха для стабильного процесса
А теперь посмотрим, что произойдет, если процесс начнет изменяться часа к часу. Пусть кривые на рис. 3 описывают его выход с часовым интервалом. Крестики под этими кривыми изображают отдельные измерения. К и в предыдущем примере, данные в подгруппах свернуты в средние и размахи подгрупп, величины которых нанесены на соответствующие контрольные карты (рис. 3).
Как видим, на втором часу резко увеличилось среднее процесса — среди подгруппы переместилось выше верхнего контрольного предела.
Еще через час среднее резко упало — групповое среднее оказалось ни; нижнего контрольного предела.
Заметим, что на протяжении первых трех часов рассеяние процесса не менялось и размахи подгрупп оставались в пределах установленных границ.
А вот на четвертом часу рассеяние возросло, а среднее вернулось к своему первоначальному значению. Групповой размах вышел за пределы, а групповое среднее в них вернулось.
Р
исунок
2.3 – Четыре подгруппы, отобранные из
нестабильного процесса
Рисунок 2.4 – Карта среднего и размаха для нестабильного процесса
Таким образом, наблюдая за подгруппами с помощью контрольных карт, можно своевременно обнаружить изменения процесса.
Среди статистических методов контроля качества наиболее распространены так называемые семь инструментов контроля качества:
контрольные листки;
диаграмма Парето;
причинно-следственная диаграмма Исикавы;
гистограмма;
диаграмма разброса (рассеивания);
контрольная карта;
метод расслоения.
Сбор объективной и представительной информации о параметрах детали или анализируемого технологического процесса является важным фактором правильной оценки качества детали или характера протекания процесса.
Целями сбора информации о продукции являются:
контроль и регулирование производственного процесса;
анализ отклонений от установленных требований;
контроль продукции.
Когда цель сбора данных установлена, она становится основой для определения характера сравнения, которое надлежит произвести, и типа данных, которые необходимо собрать. Пусть, например, возник вопрос о разбросе (вариации) в показателе качества изделия. Если производится один замер в день, то нельзя судить о вариации в течение дня. Для выявления работника, допускающего дефекты, надо брать раздельные выборки, чтобы можно было сравнить работу каждого из них. Подобное разделение группы данных на несколько подгрупп по определенному признаку называется расслоением, или стратификацией. Всегда нужно помнить, анализируя группу данных, о возможности расслоения. Важно в процессе сбора тщательно упорядочить данные, чтобы облегчить их последующую обработку. Если данные требуется собирать постоянно, то надо заранее разработать стандартные формы их регистрации. В реальных условиях представляется целесообразным регистрировать данные в простой и доступной для использования форме.
Такой форме отвечает контрольный листок - бумажный бланк, на котором заранее напечатаны контролируемые параметры, с тем, чтобы можно было легко и точно записать данные измерений.
Его назначение имеет две цели: облегчить процесс сбора данных и автоматически упорядочить данные для их последующей обработки.
Построение диаграммы Парето часто обнаруживает закономерность, получившую название «Правило 80/20» и основанную на принципе Парето, согласно которому большая часть следствий вызывается относительно немногочисленными причинами. Применительно к анализу несоответствий данная закономерность может быть сформулирована следующим образом: обычно 80% обнаруженных несоответствий связано лишь с 20% всех возможных причин.
Диаграмма причин и результатов, часто называемая диаграммой Исикавы, позволяет выразить цепь причин и результатов в простой и доступной форме. Главным достоинством диаграммы Исикавы является то, что она дает наглядное представление не только о тех факторах, которые влияют на изучаемый объект, но и о причинно-следственных связях этих факторов.
Главная задача при построении диаграммы — обеспечение правильной соподчиненности во взаимозависимости факторов, а также четкое ее оформление.
Гистограмма представляет собой столбчатый график и применяется для наглядного изображения распределения конкретных значений параметра по частоте повторения за некий период времени (неделя, месяц, год).
При нанесении на график допустимых значений параметра определяется, как часто этот параметр попадает в допустимый диапазон или выходит за его границы.
Диаграмма разброса (рассеивания) применяется для выявления зависимости одной переменной величины (показателя качества продукции, параметра технологического процесса, величины затрат на качество и т. п.) от другой. Диаграмма не дает ответа на вопрос о том, служит ли одна переменная величина причиной другой, по она способна прояснить, существует ли в данном случае причинно-следственная связь вообще и какова ее сила.
Контрольная карта состоит из центральной линии, пары контрольных пределов, по одному над и под центральной линией, и значений параметров (показателей качества), нанесенных на карту для представления состояния технологического процесса. Если все значения параметров оказываются внутри контрольных пределов, не проявляя каких-то особенностей в расположении, то процесс считается контролируемым. Если же, напротив, они попадут за контрольные пределы или проявят какие-то особенности в расположении, то процесс считается вышедшим из-под контроля.