КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

Начало

Контрольная карта индивидуальных значений

Эта карта применяется, когда наблюдение производится над сравнительно небольшим числом объектов, и все они подвергаются контролю. Чаще всего это бывает при наладке и настройке процесса, когда преследуется цель его предварительного исследования. Карта удобна тогда, когда процесс протекает в реальном времени и есть возможность оперативного вмешательства в него в случае выхода параметра качества за допустимые пределы.

Порядок построения карты следующий.
1. Данные измерения исследуемой величины хi регистрируются последовательно с равным шагом. Предположим, например, что необходимо контролировать концентрацию некоторого вещества в химическом процессе. Вы наблюдаете процесс в реальном времени в течении 32 часов и снимаете с датчиков нужную характеристику каждый час (табл., первый столбец).

Таблица
Наблюдаемые значения концентрации вещества

2. Запустить модуль Statistics/ Industrial Statistics & Six Sigma/ Quality Control Charts. На стартовой панели выбрать Individuals & moving range (отдельные наблюдения и скользящий размах) и нажать кнопку ОК.

3. В появившемся диалоговом окне выбрать переменную с измерениями – Measurements (observations) и нажать ОК.

В результате будет построена контрольная карта:

Имеется возможность группировки данных, если наблюдений слишком много. При этом у каждой выборки будет вычислено среднее значение, которое наносится на карту. Для группировки необходимо указать переменную Part identifiers (code numbers), где должны быть номера выборок. Если объём каждой выборки постоянный, это можно указать прямо в окне, отметив чекбокс Constant number of samples per part и введя нужный объём выборки.

В зависимости от расположения точек относительно границ регулирования и средней линии можно сделать заключение о состоянии процесса. В данном случае все точки лежат внутри границ регулирования и их разброс относительно средней линии можно считать относительно равномерным. Исследуемый процесс находится в состоянии статистического регулирования. Если на контрольную карту нанести поле допуска и сравнить его расположение с границами регулирования, то можно сделать заключение относительно настройки и наладки процесса.

Недостатком х-карты является то, что она не даёт наглядного представления как о динамике изменения наладки процесса, так и о динамике уровня его настройки, т.е. не позволяет судить об изменении во времени величины поля рассеяния и положения его центра. Поэтому применение этой карты ограничивается, как правило, предварительной оценкой процесса.

Контрольная карта средних значений и размахов

Эта карта применяется при массовом производстве. Достоинство её состоит, во-первых, в том, что она позволяет отслеживать во времени как настройку процесса, так и его наладку, а во-вторых, выводы относительно характеристик делаются на основе малых выборок из большого числа рассматриваемых единиц продукции, что существенно удешевляет контроль текущих характеристик процесса.

Порядок построения карты в системе Statistica следующий.
1. Все единицы продукции последовательно во времени подразделяются на группы, из которых в последствии будут браться малые мгновенные выборки. Группы могут быть представлены как выработка за час, смену или за другой промежуток времени.
2. Из каждой группы берётся случайная выборка объёмом не более 10-ти единиц продукции. Чаще всего объём выборки составляет 4–5 единиц. Таких последовательных во времени выборок следует взять не менее 20?25 штук.
В примере (табл.) результаты измерений записаны в первом столбце, номера групп – во втором.
3. Запустить модуль Statistics/ Industrial Statistics & Six Sigma/ Quality Control Charts. На стартовой панели выбрать X-bar & R chart for variables и нажать кнопку ОК.
4. В появившемся диалоговом окне выбрать переменную с измерениями – Measurements и переменную – номера выборок Sample Idents (opt.) и нажать ОК. В результате будет построена контрольная карта:

Здесь также если объём каждой выборки постоянный, это можно указать прямо в окне выбора переменных, отметив чекбокс Constant number of samples per part и введя нужный объём выборки.

На х-карте скользящих средних все точки попадают внутрь контрольных границ. На контрольной карте скользящих размахов все точки также находятся внутри контрольных границ. Размахи служат оценкой изменчивости характеристик, поэтому можно сказать, что концентрация вещества подчиняется требованиям статистического контроля по уровню средних и изменчивости.

Классификация причин и диагностика процессов

Отклонения показателя качества бывают двух видов.
1. Обычные причины изменчивости – это причины, влияние которых на процесс постоянно и неизменно во времени. Это случайные отклонения, как правило, обусловленные большим количеством различных случайных факторов (вибрации, неоднородность свойств исходных материалов, колебания питающих напряжений, температуры, влажности и т.п.). Мы не можем полностью исключить их действие. Мы можем только снизить степень их влияния на процесс.
2. Особые причины изменчивости – это причины, влияние которых на процесс не постоянно и неодинаково во времени. Это неслучайные отклонения, вызванные особыми причинами (сдвиг шкалы измерительного прибора, станка, скачок напряжения в сети, поломка инструмента, замена опытного оператора на неквалифицированного, несоответствие сырья или комплектующих техническим условиям по номинальному значению).

С помощью контрольных карт выявляются неслучайные отклонения и, следовательно, воздействие на процесс особых причин.

Если все точки соответствуют выборочным средним значениям контролируемого параметра и его изменчивости, полученные по результатам обследования выборок, оказываются внутри контрольных пределов, не проявляя каких бы то ни было тенденций, то процесс рассматривается как находящийся в контролируемом состоянии. Если же, напротив, они попадут за контрольные пределы или примут какую-нибудь необычную форму расположения, то процесс считается вышедшим из-под контроля.

Процесс считается контролируемым, если систематические составляющие его погрешности регулярно выявляются и устраняются, а остаются только случайные составляющие погрешностей, которые, как правило, распределяются в соответствии с нормальным (гауссовским) законом распределения.

О нормальном законе распределения можно прочитать тут.

Причин, ухудшающих качество продукции, за счёт того, что её показатели качества выходят за границы допуска, очень много. Иногда их бывает так много, что возникает сомнение, а возможно ли вообще дифференцировать их воздействия на процесс, не говоря уже об исключении их влияния на показатели качества.

С влиянием особых причин связана незначительная часть – 15–20 процентов от всех проблем. Как правило, особые причины влияют на настройку процесса. Исключение влияния особых причин требует локальных действий над процессом. Эти действия могут выполнить рабочий, контролёр, мастер смены, технолог, ведущий данный процесс.

Фактически на практике существует два вида причин, влияющих на процесс изготовления продукции. Первые – это так называемые мнимые причины, влияние которых на процесс настолько мало, что на самом деле они не имеют никакого отношения к ухудшению качества. Второй вид причин – это действительные причины, которые и приводят к появлению бракованной продукции.

В свою очередь, все действительные причины также можно разделить на две большие неравные группы. Прежде всего, это немногочисленные существенные причины, которые ответственны за основную долю брака и которые должны быть устранены в первую очередь. Кроме того, на производственный процесс, как правило, воздействуют многочисленные несущественные причины, роль которых в появлении брака очень часто бывает весьма незначительной.

Чтение контрольных карт

Достоинство контрольных карт в управлении процессом состоит в том, что они дают точное представление о состоянии объекта управления (процесса) с помощью анализа карты. Это позволяет быстрее принимать необходимые корректирующие меры, если процессу угрожает выход из-под контроля и возможность появления брака.

Выход процесса из-под контроля оценивается по следующим критериям.

Точки выходят за контрольные пределы (UCL, LCL) или лежат на них

Процесс вышел из состояния статистического контроля, т.е. стал нестабильным, и характеристики его изменились:

Если при этом выхода за границы допуска нет, то вмешательство в процесс не требуется.

Если на процесс действуют только обычные причины, то такой процесс называется стабильным. Настройка и разброс стабильного процесса со временем не меняются. Среднее значение и размах в подгруппе – это выборочные оценки настройки и разброса. Естественно, они будут отличаться от истинных показателей процесса. Контрольные границы задают пределы, в которых могут изменяться эти выборочные оценки, если действуют только обычные причины.

Для стабильного процесса вероятность выхода за контрольные границы среднего и размаха в группе очень мала (меньше 0,01). И если точка всё-таки вышла за контрольные границы, то, скорее всего, это является следствием воздействия особой причины.

При построении x-R карты могут возникнуть следующие ситуации.
1. За границами регулирования находятся точки на R-карте и соответствующие им точки на x-карте (рис. вверху, точки 1, 4). Это означает, что за счет обычных (внутренних) причин увеличилось технологическое рассеяние, т.е. возросла величина σ. В этом случае следует заняться поиском и устранением причин разладки процесса.

2. За границами регулирования находятся точки на x-карте, но при этом соответствующие им точки на R-карте лежат в границах регулирования (рис. 6.16, точки 3, 7). Поскольку по R-карте выхода за границы регулирования нет, полное технологическое рассеяние остаётся прежним, т.е. наладка процесса не изменяется. Значит, есть все основания предполагать, что выход за границы регулирования по x-карте произошёл потому, что распределение по х сместилось в сторону больших или меньших значений контролируемого признака. Это, как правило, является результатом воздействия на процесс какой-то особой (внешней) причины, изменяющей его настройку. Дальнейшие действия должны быть связаны с поиском и устранением этой причины.

3. За границами регулирования наблюдаются точки на R-карте, а также соответствующие им и не соответствующие точки на x-карте. Это говорит о наличии как обычных, так и особых причин, ухудшающих процесс.

Часто встречается ситуация, когда влияние первой обнаруженной особой причины настолько велико, что из-за неё не видно влияния других причин. В этом случае соответствующую точку исключают из набора данных и строят карту заново. Влияние других причин становится видимым. Таким образом, последовательно, шаг за шагом обнаруживая особое поведение точек на контрольной карте и устанавливая их причины, мы делаем процесс прозрачным, доступным нашему пониманию.

Наблюдается серия точек

Серия – это такое состояние процесса, при котором последовательные точки лежат по одну сторону от средней линии (рис. выше, точки 5). Число таких точек называется длиной серии. Процесс нестабилен, если:

• серия состоит из 7 точек и более;
• 10 точек из 11 лежат по одну сторону от средней линии;
• не менее 12 точек из 14 лежат по одну сторону от средней линии;
• не менее 16 точек из 20 лежат по одну сторону от средней линии.

Причиной серии является внешнее воздействие на процесс, которое сдвигает центр рассеяния в ту или иную сторону от средней линии, изменяя настройку процесса.

Наблюдается дрейф

Дрейф – это не менее 7 поднимающихся или ниспадающих точек (рис. выше, точки 2, 5). Причинами появления дрейфа могут быть, например, такие факторы, как постепенный рост (падение) температуры окружающей среды, износ технологического оборудования, появление в средствах измерения прогрессирующих погрешностей, изменение физических и химических параметров процесса и другие неслучайные причины.

Две и более близлежащих точки приближаются к границам регулирования (лежат за пределами 2–сигмовых границ)

Точки считаются приблизившимися к границам регулирования, если они находятся за пределами плюс-минус 2σ относительно средней линии, т.е. на расстоянии большем, чем 2/3 расстояния от средней линии до границы регулирования в так называемой зоне внимания:

Подобное расположение точек характеризует процесс, для которого свойственны либо резкие скачки точек от верхней границы регулирования к нижней, либо, напротив, имеет место приближение точек к одной из границ.

Но даже если одна точка попадает в зону внимания, то и в этом случае процесс требует более пристального контроля.

Границы регулирования определяются, как упоминалось выше, по вероятности, равной примерно 0,9973. Следовательно, выход отдельной точки за границы регулирования либо по x-карте, либо по R-карте для процесса, находящегося под статистическим контролем, принципиально не исключён, хотя вероятность такого события мала. Причем она тем меньше, чем значительнее превышение границ регулирования. Поэтому здесь нужно проявлять осторожность при оценке характера процесса. Если выход точки за границы регулирования незначителен и в дальнейшем больше не повторяется, то вполне возможно, что этот факт не говорит о дестабилизации процесса. Но если выход за границы какой-либо одной точки составляет заметную величину, то вмешательство в процесс с целью его совершенствования в любом случае необходимо.

Наблюдается периодичность

Наличие подъёмов и спадов с примерно одинаковыми интервалами также говорит о нестабильности процесса, причиной которой может быть воздействие на процесс внешнего периодически изменяющегося фактора:

Точки приближаются к средней линии

Точки считаются приблизившимися к средней линии, если они лежат внутри полуторасигмовой зоны, то есть внутри линий, делящих пополам расстояние от средней линии до границ регулирования. В этом случае следует изменить способ разбиения на выборки или группы, поскольку может оказаться, что смешаны данные из разных распределений.

Отмеченные в каждом рассмотренном случае выходы процессов из состояния статистического регулирования несут в себе потенциальную угрозу получения брака в недалеком будущем, ибо однажды возникшие нестабильности в процессе всегда имеют тенденцию со временем нарастать.

Таким образом, контрольные карты и их грамотный анализ позволяют прогнозировать характер протекания производственных процессов в будущем и вовремя их останавливать для корректировки с целью предупреждения возможного появления бракованной продукции.

Применение контрольных карт методом «не приходя в сознание»

На рис. выше точки 6 на R-карте попали на контрольную границу. Это означает, что размах в этой выборке существенно меньше, чем в других. То есть по какой-то особой причине, действующей не регулярно, изделия стали очень похожими друг на друга. Эту особую причину нужно установить и сделать обычной причиной, действующей постоянно, и тем самым исключить влияние особой причины.

В случае выхода на карте размахов точек за контрольные пределы необходимо установить особые причины выхода этих точек за границы. Для установления причины необходимо посмотреть, что происходило в это время с процессом, какие факторы, влияющие на процесс, могли проявить себя в эти моменты. Понятно, что если данные были собраны в позапрошлом году, никто уже и не вспомнит, что конкретно происходило в процессе производства.

Для того чтобы улучшить процесс, надо понять, в чём заключаются его проблемы. Надо понять факторы, влияющие на процесс, и установить взаимосвязи между ними. Если процесс требует улучшения, надо осознанно менять условия, в которых проходит процесс.

Контрольные карты по альтернативному признаку

На контрольную карту по альтернативному признаку наносятся относительные доли бракованных изделий в выборках. Как и в случае карт по количественному признаку, здесь наносятся центральная линия и контрольные границы, но при выходе очередной точки за нижнюю границу следует определить особую причину улучшения процесса с целью зафиксировать его в этом новом состоянии.

Контрольные карты накопленных сумм

Карты Шухарта нечувствительны к малым возмущениям процессов. При достаточно долговременном контроле информация о начальном этапе процесса теряется. В отличие от рассмотренных, контрольные карты накопленных сумм – это карты с памятью. Они могут быть более чувствительными к возмущениям, т.е. уже в самом начале сдвига уровня настройки процесса или изменения технологического рассеяния они указывают на необходимость вмешательства в процесс.

Таким образом, контрольные карты накопленных сумм следует применять в тех случаях, когда даже незначительные смещения уровня настройки процесса недопустимы и подлежат скорейшему устранению.

Для построения контрольной карты накопленных сумм на стартовой панели необходимо выбрать вкладку Variables, а в ней – CuSum chart for individuals и нажать ОК. Дальнейшие действия аналогичны рассмотренному алгоритму для построения карт иднивидуальных и средних значений.

Контрольные карты на различных производственных этапах

Применение контрольных карт на входном контроле комплектующих изделий, полуфабрикатов и материалов позволяет непосредственно наладить оперативное регулирование процесса их изготовления. Поэтому применять контрольные карты целесообразно с целью слежения за входными материальными потоками. Это позволяет поддерживать регулярную связь с поставщиками и воздействовать на них, исходя из результатов анализа контрольных карт.

При допусковом контроле комплектующих изделий целесообразно применять контрольные карты числа дефектных изделий, а при контроле материалов – контрольные карты удельного числа дефектов. При этом контрольные карты используются как средства визуального отображения получаемой при контроле информации.

Анализ контрольных карт при входном контроле имеет особенности. Превышение границы регулирования не является сигналом для отказа от приобретения комплектующих изделий и материалов у действующего поставщика. Информация о нарушениях входного материального потока, соответствующих сигналам о разладках, доводится регулярно до предприятия-поставщика, например, в виде сведений о числе нарушений за определенный календарный период в режиме реального времени, и контрольные карты могут послужить хорошим инструментарием, обладая наглядностью.
Конечной целью работы с поставщиком, проводимой на основе анализа контрольных карт, является принятие дополнительных мер по повышению качества комплектующих изделий и материалов, снижение стоимости затрат на входной контроль. Другим результатом может быть пересмотр допусков при входном контроле, если потенциальные резервы повышения качества изделий на предприятии-поставщике исчерпаны.

Применение контрольных карт на выходном контроле полезно как:

• справочно-информационное средство о текущих показателях качества и, в первую очередь, о проценте выхода годных изделий;
• средство, необходимое для аттестации процесса, подтверждающее способность изготовлять продукцию необходимого качества в течение заданного времени;
• информационное средство в рамках перспективного управления процессом с целью повышения качества выпускаемой продукции;
• источник информации о текущей точности и стабильности процесса, используемой при планировании профилактических работ на технологическом оборудовании, замене и ремонте средств технологического оснащения.

Особенностью применения контрольных карт на приёмочном контроле является то, что необходимо проводить параллельный анализ достаточно большого числа карт по всем анализируемым признакам и параметрам. При выяснении причин разладок процесса по сигналам контрольных карт и разработке перспективных корректирующих воздействий на процесс с целью повышению качества изделий требуется также проводить сравнительный анализ выходных карт и карт на ранних операциях.

Расслоение контрольных карт

Если известно, что процесс протекает при участии нескольких действующих на него факторов, например, продукция производится на разных станках, разными рабочими, в разные смены, из разных партий сырья и т. д., то информацию для построения контрольных карт целесообразно классифицировать в соответствии с возможными факторами воздействия.

Для этого, прежде всего, необходимо грамотно выбрать способ сбора данных. Например, разделить детали, произведённые в разные периоды рабочей смены, изменить способ разбиения деталей на выборки, например, уменьшить промежутки времени между моментами отбора деталей в выборку, изменить объём выборки и так далее.

Результаты, полученные при таком анализе, являются ценным фактическим материалом, который в дальнейшем можно использовать для принятия управленческих решений с целью совершенствования процессов производства.

Результаты

• Улучшение процесса состоит в исключении влияния особых причин и снижении степени влияния обычных причин. Для этого используются контрольные карты.
• В большинстве случаев подавляющее число дефектов и связанных с ними материальных потерь возникает из-за относительно небольшого числа причин. Выяснив причины появления основных дефектов c помощью анализа Парето, можно устранить почти все потери, сосредоточив усилия на ликвидации именно этих причин.
• В пакете Statistica имеется весь комплекс средств для построения причинно-следственной диаграммы, карты Парето, построения и автоматического анализа контрольных карт.
• Грамотное использование методов контроля и управления качеством, адекватно описывающих процессы, даёт организациям и компаниям неоспоримое конкурентное преимущество в условиях неценовой конкуренции.