MES環(huán)境下基于SPC控制圖的統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用研究

孫寶紅 李質(zhì)璠

摘 要 針對(duì)煙草工業(yè)生產(chǎn)過程質(zhì)量控制問題，在制造執(zhí)行系統(tǒng)環(huán)境下，通過SPC實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與離線數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。SPC依托統(tǒng)計(jì)原理，以控制圖為主要統(tǒng)計(jì)分析方法來分析過程及其輸出，達(dá)到監(jiān)控與改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的雙重功效。

關(guān)鍵詞 制造執(zhí)行系統(tǒng);SPC;SPC控制圖;統(tǒng)計(jì)

引言

煙草行業(yè)積極推行數(shù)字化生產(chǎn)，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)綜合運(yùn)用，通過將制造執(zhí)行系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)過程控制系統(tǒng)的信息化集成，形成“互聯(lián)網(wǎng)+”的綜合集成制造系統(tǒng)。引進(jìn)統(tǒng)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)，加強(qiáng)信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)，是從整體上提升精細(xì)化加工水平、數(shù)字化控制技術(shù)和柔性化制造能力的必然要求。

1MES系統(tǒng)

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)信息化的技術(shù)手段，是計(jì)劃與生產(chǎn)之間承上啟下的實(shí)時(shí)信息通道，通過傳遞信息，優(yōu)化管理產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過程[1]。

但MES系統(tǒng)的功能局限于生產(chǎn)訂單的調(diào)度與執(zhí)行，在工藝質(zhì)量方面存在不足之處。主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）MES系統(tǒng)可統(tǒng)計(jì)指標(biāo)及參數(shù)的統(tǒng)計(jì)量如均值、CPK 及標(biāo)準(zhǔn)偏差等，但無法確定生產(chǎn)運(yùn)行中的關(guān)鍵指標(biāo)和參數(shù)是否穩(wěn)定。

（2）MES系統(tǒng)控制方式簡(jiǎn)單，未采用控制圖、直方圖等技術(shù)預(yù)防監(jiān)控指標(biāo)和參數(shù)的異常情況。無法達(dá)到“控制前移”，以起到預(yù)防作用。

（3）MES系統(tǒng)無在線質(zhì)量異常處理平臺(tái)，出現(xiàn)質(zhì)量問題需依靠手工處理，難以跟蹤及實(shí)現(xiàn)在線閉環(huán)管理，同時(shí)不易于推行操作標(biāo)準(zhǔn)化及知識(shí)經(jīng)驗(yàn)共享。

為滿足車間工藝質(zhì)量控制要求，我們通過MES系統(tǒng)與SPC結(jié)合的方式取長(zhǎng)補(bǔ)短，以加強(qiáng)統(tǒng)計(jì)技術(shù)在質(zhì)量管理中的應(yīng)用。

2基于MES的統(tǒng)計(jì)過程控制系統(tǒng)

2.1 SPC

統(tǒng)計(jì)過程控制（Statistical Process Control）是一種借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的過程控制工具。它評(píng)價(jià)分析生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并反饋信息，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性因素出現(xiàn)的征兆，并采取相應(yīng)措施消除其影響，使過程維持在僅受隨機(jī)性因素影響的受控狀態(tài)，以達(dá)到控制質(zhì)量目的。

2.2 SPC控制圖

控制圖是用于分析和判斷工序是否處于穩(wěn)定狀態(tài)所使用的帶有控制界限的圖。SPC控制圖是對(duì)過程質(zhì)量加以測(cè)定、記錄從而進(jìn)行控制管理的一種過程控制方法，是統(tǒng)計(jì)過程控制SPC的重要工具[2]。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類型的不同，控制圖分為計(jì)量控制圖和計(jì)數(shù)控制圖。煙草工業(yè)生產(chǎn)中的計(jì)量型數(shù)據(jù)包括煙絲的水分值、物料的流量、重量、物料溫度、加香、加料誤差等。計(jì)數(shù)型數(shù)據(jù)包括廢品的件數(shù)、煙支缺陷數(shù)、煙絲的不合格批數(shù)等。計(jì)量控制圖包括Xbar-R圖（均值-極差圖）、Xbar-S圖（均值-標(biāo)準(zhǔn)差圖）、X-MR圖（單值-移動(dòng)極差圖）、X-R圖（中位數(shù)圖）;計(jì)數(shù)控制圖包括P圖（不合格品率圖）、np圖（不合格品數(shù)圖）、c圖（不合格數(shù)圖）、u圖（單位產(chǎn)品不合格數(shù)圖）。

根據(jù)控制圖的作用，控制圖分為分析用控制圖和控制用控制圖，主要對(duì)應(yīng)在SPC的分析、監(jiān)控階段。分析階段通過收集的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，計(jì)算出中心線及上下控制線并繪制分析用控制圖，判斷生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定受控、過程能力是否滿足要求。若不能達(dá)到要求，要找出失控原因，直到?jīng)]有異常點(diǎn)并且達(dá)到要求后才能轉(zhuǎn)換為控制用控制圖，進(jìn)入監(jiān)控階段。監(jiān)控階段的主要工作是使用控制用控制圖進(jìn)行監(jiān)控。通過分析用控制圖得到的中心線和上下控制線繪制控制圖，對(duì)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)過程出現(xiàn)異常點(diǎn)表明過程失控或發(fā)生改變，必須尋找原因并盡快消除其影響。SPC在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的是控制用控制圖，達(dá)到預(yù)防控制的作用。

2.3 SPC系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值

在煙草生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用中，引進(jìn)SPC系統(tǒng)是本企業(yè)生產(chǎn)工藝過程管理中一項(xiàng)重要技術(shù)手段。SPC系統(tǒng)主要采用控制圖等統(tǒng)計(jì)技術(shù)來分析過程及其輸出，依托中心極限定理及工藝參數(shù)的正態(tài)分布、特征值的正態(tài)性、正態(tài)分布特征值的統(tǒng)計(jì)特性、小概率原理等統(tǒng)計(jì)原理，通過SPC控制圖清楚的了解過程能力的質(zhì)量與過程受控情況，以便采取必要措施獲得且維持統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，起到預(yù)防不良、控制浪費(fèi)的作用，并提高生產(chǎn)過程能力。

SPC系統(tǒng)從MES系統(tǒng)提取基礎(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合采樣及報(bào)警規(guī)則對(duì)關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)及參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控、分析，按照規(guī)范的流程對(duì)質(zhì)量異常進(jìn)行改進(jìn)，最終將異常處理結(jié)果匯總形成質(zhì)量經(jīng)驗(yàn)庫(kù)，支持先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)和推廣。MES與SPC是組成煙草行業(yè)信息化框架的重要系統(tǒng)，它們既分工明確，又緊密聯(lián)系。一方面，MES為 SPC提供采集的生產(chǎn)實(shí)時(shí)參數(shù)及指標(biāo)。另一方面，MES為SPC提供質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及工藝標(biāo)準(zhǔn)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了信息流動(dòng)和集中共享，為卷煙廠開展生產(chǎn)和工藝質(zhì)量管理提供了基礎(chǔ)保障。

SPC系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)實(shí)行在線趨勢(shì)實(shí)時(shí)控制，對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行定量管理，通過逐個(gè)因素分析找到末端原因，從而確保生產(chǎn)過程持續(xù)穩(wěn)定、可預(yù)測(cè);監(jiān)控過程波動(dòng)、協(xié)助減少過程波動(dòng)，為解決深層次問題提供現(xiàn)代化的科學(xué)方法，提高煙草生產(chǎn)精細(xì)化制造水平[3]。

3結(jié)束語

對(duì)于煙草生產(chǎn)企業(yè)來說，SPC系統(tǒng)是建立煙草精細(xì)化制造體系的一個(gè)重要應(yīng)用。通過SPC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與離線數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，達(dá)到監(jiān)控與改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的雙重功效。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈曉杰，李郡.基于制造執(zhí)行系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)過程控制在質(zhì)量管理上的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2012，25（9）：108-109.

[2] 陸秋林，時(shí)秋菊.統(tǒng)計(jì)過程控制在嬰兒雙歧桿菌生產(chǎn)過程中的應(yīng)用[J].食品安全導(dǎo)刊，2017（3）：151-152.

[3] 李建輝，黃勝.SPC系統(tǒng)在卷煙工藝質(zhì)量中的應(yīng)用——湖南中煙長(zhǎng)沙煙廠SPC系統(tǒng)的管理應(yīng)用[J].中國(guó)制造業(yè)信息化期刊，2008（24）：73-75.

作者簡(jiǎn)介

孫寶紅（1988-），女，山東省濰坊市青州市人;學(xué)歷：碩士，現(xiàn)就職單位：山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青州卷煙廠，研究方向：計(jì)算機(jī)類、統(tǒng)計(jì)類。

李質(zhì)璠（1994-），女，山東省濰坊市青州市人;學(xué)歷：學(xué)士，現(xiàn)就職單位：山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青州卷煙廠，研究方向：電氣類、統(tǒng)計(jì)類。