基于統(tǒng)計過程控制的家具封邊質量管控方法

蘆國楨，熊先青*，魯丹婷，龔建釗

(1.南京林業(yè)大學家居與工業(yè)設計學院，南京 210037;2.索菲亞家居湖北有限公司，黃岡 438000)

自“十一五”以來，為提高企業(yè)生產效率，國內家具企業(yè)紛紛推進生產自動化以期提高生產質量，然而仍舊存在質量不穩(wěn)定、產品特性參數差別大等問題，如何使用科學的管理方法提高產品質量成為企業(yè)的難題。質量管理經過了質量檢驗、統(tǒng)計質量控制(SQC)階段，自1960年代至今進入了全面質量管理(TQM)的階段[1-2]。在此階段中，TQC、CWQC、零缺陷理論、ISO9000、六西格瑪、波多里奇質量模式等多種管理方法相互作用，管理體系與改進方法整合大大提升了產品的質量，使產品的生產模式成功從大批量高效率生產邁入高質量發(fā)展階段。而家具行業(yè)也從傳統(tǒng)大規(guī)模生產模式邁入智能制造階段，其中提高產品品質是至關重要的[3]。

家具行業(yè)中對家具質量進行管控的方法眾多，但各企業(yè)之間并無統(tǒng)一的質量控制方法，常用新老7種工具對家具質量進行管控[4]，產品質量的標準設定主要依靠國家標準[5]，但由于家具質量涵蓋面積廣、檢驗項目多，僅僅依靠國家標準難以對全品類的質量進行管理。除此之外，家具企業(yè)常依靠質檢來剔除不合格的產品以期提高家具的質量，但是從產品生產質量的角度來看，質檢無法從根本上提高產品的質量。國內外也嘗試使用新的質量管理方式進行管理，質量管理先驅戴明提出：質量是生產出來的不是檢驗出來的，從而開啟了質量生產管控的新方法，極大地提高了產品的生產率。封邊質量的好壞直接影響到家具質量的優(yōu)良，優(yōu)化生產步驟是提高封邊生產質量的重要部分。但是封邊生產時影響因素多，不合格產品產生的原因分析過程復雜，封邊質量日常質檢中存在反復占用勞動力等情況。對此熊先青等[6]對封邊質量的影響因素進行了研究，結果表明封邊質量判定中工序及材料等數據指標直接影響封邊的效果。在對產品質量管控方法研究中發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計過程控制(statistical process control，SPC)質量管控方法可有效提高產品生產質量，現(xiàn)今SPC質量管控方法已在不同領域中成功應用，但是在家具質量管控中的研究較少。

基于此，本研究總結成功經驗，探討SPC應用在家具質量管控上的可行性，提高家具生產質量，減少家具的改補，降低生產成本，提高企業(yè)利潤。

1 SPC質量管控方法理論分析

控制圖按照用途可分為計量型控制圖和計數型控制圖兩種類型。大部分過程測量的特性可以用計量型數據來表示，量化的值可以更加準確地判斷并可以由此延伸出大量的信息。建立計量型控制圖首先需要建立適合的過程環(huán)境、定義過程，對當前和潛在的問題區(qū)域進行研究，研究特性之間的關聯(lián)性是否滿足要求；其次收集數據，需要考慮數據的多少、每組數據的間隔時間、收集方式等。選取合適的控制圖對生產質量的提高至關重要，現(xiàn)今已經有多種類型的控制圖應用于不同的生產實踐中，例如對小幅度變量更為敏感的EWMA控制圖可以作為常規(guī)控制圖的補充[13]，以及可對多品種小批量進行監(jiān)控的T-K控制圖[14]。在使用控制圖對生產過程進行判定后，假設過程處于穩(wěn)定狀態(tài)，過程中的各個測量值服從正態(tài)分布，設計目標值位于規(guī)范的中心且測量的變差相對較小。這時使用工序能力指數對生產過程能力進行判定，即Cpk值[15]。Cpk值描述過程本身的能力，即判斷過程的能力，只有在過程能力是穩(wěn)定的狀態(tài)下，過程能力的評價才是有意義的。

2 過程與方法

對封邊工藝應用SPC的方法進行質量改善，需要分析工藝流程、確定關鍵工藝參數等前期準備，還需對整體試驗進行設計，將采集的工藝參數使用SPC控制圖及CPK圖進行分析，確定該工藝水平的高低并確定該生產流程是否處于可控狀態(tài)下。具體改善流程如圖1所示。

圖1 封邊剝離力過程統(tǒng)計質量控制流程Fig.1 Statistical quality control flow chart of edge peeling force process

2.1 板式家具封邊工藝流程分析

封邊生產過程中包含多道工序。針對封邊剝離力質量進行控制時，需對封邊工藝過程進行分析，找出針對性的關鍵工序節(jié)點進行改善。這些工序節(jié)點對封邊剝離力質量最終的外觀特征、質量可靠性具有重要影響。全自動封邊機生產工藝流程如圖2所示。本次選取全自動封邊設備生產的18mm封邊板件(封邊帶厚度12 mm)進行測試，在試驗數據分析后對生產過程中可能造成的不合格因素進行分析，找出失控原因。

圖2 全自動封邊機生產工藝流程Fig.2 Production process of automatic edge sealing machine

2.2 均值-極差控制圖分析

根據質量檢驗的抽樣原則，每天抽取5個板件，連續(xù)抽取25 d，每組包含5個板件進行測試并記錄數據(每個板件抽取間隔為30 min)。板件測試時均在生產后靜置24 h以保證板件封邊性能的穩(wěn)定性[16]。對總共抽取的125個數據進行處理，數據樣本如表1所示(測試方法均使用萬能電子試驗儀對封邊板件以100 mm/min剝離100 mm，取平均剝離力)。

表1 封邊剝離力樣本數據Table 1 Sample data of edge peeling forces 單位：N

長臉長須漢子將鑿熱的釬頭浸入水溝，“嗤啦”，水燙得一激靈，熱汽蒸騰，汩汩流下去。長臉長須漢子抽出鐵釬，繼續(xù)鑿。

通過建立以上控制圖可以分析生產過程或工作狀態(tài)是否處于“控制狀態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài))”，在這種狀態(tài)下的生產過程或工作過程僅受偶然因素的影響，產品質量特性的分布基本上不隨時間變化而變化。反之，則為非控制狀態(tài)或異常狀態(tài)?？刂茍D生成后需要對控制圖進行分析，觀察控制圖是否出現(xiàn)異常，觀測有沒有點值超過控制界限，假如認為這個控制圖是失控的，則會出現(xiàn)明顯的非隨機圖形：應以正態(tài)分布來判定圖形，正常情況下有的點應該位于中間的區(qū)域。符合其中一點則判定該控制圖不合格，即產品生產質量處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需對該產品生產過程進行改進[17]。

2.3 工序能力指數分析

在使用控制圖進行分析后，需進一步對生產過程進行過程能力分析[18]。計算公式如下：

Cpk=Cp×(1-Ca)

在對產品的過程能力進行計算后，根據Cpk指數對產品的生產能力進行評價，通過評價結果進行合理的調整及提升，Cpk評價能力如表2所示。Cpk數值≤1時，需要對生產過程進行調整，改善其生產工序能力[19]。

表2 Cpk評價能力Table 2 Cpk evaluation ability

3 結果與分析

3.1 封邊生產過程因素分析

在封邊生產過程中人機料法環(huán)測(又稱5M1E)是影響產品生產質量最主要的6個方面[20]，想要改善封邊的質量需要考慮在生產過程中的生產環(huán)節(jié)是否可調控及生產材料的影響是否可控，影響封邊剝離力質量的因素及可控制點如表3所示。

表3 封邊生產過程中的可控制點及參數Table 3 Controllable points and parameters in the production process of edge-banding

封邊機未定時清潔保養(yǎng)，機器長時間使用后壓輪易損壞、機器輕微變形、涂膠孔堵塞、機器運行時的溫度過高等因素均可能會對封邊質量造成影響。

圖3 改善前后封邊剝離力控制圖Fig.3 Improvement of the stripping force of the front and rear sealing edge control charts

根據國家標準GB/T 17989.2—2020《控制圖 第2部分：常規(guī)控制圖》規(guī)定的8條基本判斷規(guī)則對該工藝過程進行判定：

1)控制圖中有一個點位于控制限以外，判定為不合格。這說明工序過程出現(xiàn)大幅度的波動使過程處于失控狀態(tài)。

2)連續(xù)9點落在中心線的同一側。

3)連續(xù)6點遞增或遞減。

4)連續(xù)14點相鄰點交替上下。

5)連續(xù)3點中有兩點落在中心線同一側的B區(qū)(μ+σ～μ+2σ)以外。

6)連續(xù)5點中有4點落在中心線同一側的C區(qū)(μ+2σ～μ+3σ)以外。

7)連續(xù)15點落在中心線兩側的C區(qū)內。

8)連續(xù)8點落在中心線兩側且無一點在C區(qū)內。

均值控制圖中位于9的點在相鄰5點中有4點距離中心線同一側落在了一個標準差外，位于22的點在相鄰3點中有2點中心線同一側落在了一個標準差外。極差控制圖中位于9的點距離中心超過1個標準差。下限值已達到標準規(guī)定的70 N，但仍舊有2個點超過了最低下限要求，這說明出現(xiàn)了異常原因導致生產過程狀態(tài)發(fā)生了變化，需要進行質量分析。

3.3 Cpk圖分析

Cpk分析結果如圖4a所示，其中Cpk值為0.53，根據表2可知結果遠低于工序能力可接受的最低值1.00，因此可以判定該封邊工藝流程不滿足工藝規(guī)范要求的能力，需進行提升。在獲得以上數據后，就得到了該生產線上的封邊制品封邊強度特性數據，可對該加工工藝的改善提供數據依據。改善后的Cpk分析如圖4b所示，結合Cpk評價能力表可以看到，Cpk值已由原先的0.53提升至1.04，整體工藝提升至可接受狀態(tài)，可以認為改善后的工藝處于可控狀態(tài)下，但仍需進行進一步提升。在對過程進行Cpk評價的同時還需要進行Ppk評價，后者主要是對生產的過程指數進行評價，這一步驟可以直接判定生產水平的高低，對產品生產工藝是否具有合格的工藝水平起明確的判定作用。在明確SPC管控具有可行性后，可結合控制用控制圖使用累積計數監(jiān)控的控制方案快速檢測過程偏移狀態(tài)，這種方式適用于連續(xù)檢查過程，同時結合MES系統(tǒng)對家具車間生產的板件質量進行實時監(jiān)督[22-23]。

圖4 改善前后封邊剝離力工序能力分析圖Fig.4 Analysis charts of process capability of improving front and back edge stripping forces

4 結 論

1)分析用控制圖可以為封邊剝離力這一產品參數的合格與否提供具體的數據依據，根據數據判定該封邊生產工藝過程是否處于正常波動范圍。當該工藝過程處于異常波動范圍時，根據數據對工序進行針對性的分析和調整，直至控制圖處于控制范圍內且波動均處于可接受狀態(tài)。

2)工序能力分析圖可快速對封邊整體工藝進行評估，試驗將工序能力指數從原先的0.53(不可接受)提升至1.04(可接受)，表明該工藝制程能力大大提升。