表面貼裝的統(tǒng)計過程控制

1、表面貼裝的統(tǒng)計過程控制摘要：本文討論統(tǒng)計過程控制和數(shù)據(jù)收集帶來的好處，它們能夠提高各種印制電路裝配件的質(zhì)量和降低成本。許多公司，特別是小型制造商往往以為 spc只適用于“大戶”，他們會錯誤地認為 spc實施困難和費用昂貴，既費時、費力和費錢又回報得益不多。實際情況并非如此， spc和數(shù)據(jù)收集的實施很容易，而且回報遠遠超過投資。本文將提供視覺檢查對質(zhì)量的影響，并與采用統(tǒng)計方法作比較。我們將回顧 spc的歷史和基本原理，數(shù)據(jù)收集的必要性，以及如何確定最適合每個個別運作的方法。本文還探索可用的簡單有效的實施方法，以及提高數(shù)據(jù)收集過程自動化和效率的基本途徑。本文將介紹在我們公司內(nèi)部實施 spc和數(shù)據(jù)收

2、集的特殊區(qū)域，并援引實際文件的圖表和樣本、程序、工藝規(guī)程和公司使用的設(shè)備。由此對一個有效的 spc計劃的簡易性有一個真實觀感。最后還提供幾本建議閱讀的書籍和其它資料，為需要引用 spc、doe概念和數(shù)據(jù)收集并應(yīng)用于電子產(chǎn)品制造的讀者提供基礎(chǔ)教材參考。關(guān)鍵詞： spc，過程控制，質(zhì)量，數(shù)據(jù)收集前言面對今天競爭激烈的市場，質(zhì)量既是確定的又是有差異的。說它是確定的，因為任何人不能為客戶提供質(zhì)量好的產(chǎn)品將很快從業(yè)界消失。但是，質(zhì)量同樣能夠讓你從競爭對手區(qū)分開。結(jié)構(gòu)良好和實施質(zhì)量管理系統(tǒng)可降低返修量和廢品，達到節(jié)約成本和得到更低報價或零售價格。對許多公司來說，這就需要重新考慮現(xiàn)行的質(zhì)量和實現(xiàn)質(zhì)量的最佳方

3、法。舊的質(zhì)量與新的質(zhì)量對許多公司來說，質(zhì)量可簡單地用以下方式表示 :1）按工序制造產(chǎn)品；2）檢查產(chǎn)品缺陷；3）需要時返工；4）檢驗返工產(chǎn)品；5）進入下一工序；6）回到第一步，重復(fù)操作第 1到第 5步。這種方式可認為是質(zhì)量控制的“檢驗法”，簡單流程圖如圖 1所示。對于利用這種最基本的質(zhì)量控制系統(tǒng)的公司來說，它們以昂貴的費用：“檢驗”產(chǎn)品質(zhì)量，但無助于改正引起產(chǎn)品缺陷的根本原因。某些公司會采用收集基本缺陷數(shù)據(jù)的方式，這是一種主要將缺陷的產(chǎn)生推回到工作人員的做法。這種錯誤概念來自認為工作人員通常是產(chǎn)生質(zhì)量問題的起因。它不能找到產(chǎn)生缺陷的真正原因，而只在缺陷已經(jīng)產(chǎn)生之后才檢驗出質(zhì)量不好的產(chǎn)品。這種方式

4、同樣非常依賴于本身就缺少一致性和準確性的視覺檢查。視沉檢查經(jīng)常會讓漏檢的缺陷進入各個裝配過程，如果在測試中或檢驗時發(fā)現(xiàn)缺陷，則返修成本更可觀，此時電路板可能要額處的拆卸才能找到有缺陷的子部件。更糟糕的是不合格的產(chǎn)品可能引起產(chǎn)品使用壽命縮短，及其返修成成本增加，并失去良好的客戶信譽。無論在哪里檢驗出缺陷，返修和報廢的材料都增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。更好的方法是采用統(tǒng)計過程控制（ spc）法實時監(jiān)控在裝配過程中最容易產(chǎn)生產(chǎn)品缺陷的關(guān)鍵部位。這里含有于用預(yù)防代替檢驗的概念，并且減少對視覺檢查的依賴。視覺檢查仍然在總體質(zhì)量方法中起作用，以及經(jīng)常有助于先行確定由現(xiàn)有過程導(dǎo)致的一貫性缺陷。這使得過程控制首先注

5、意到最能夠?qū)嵤胺婪赣谖慈弧钡膮^(qū)域，最終檢驗員不再是查找缺陷的“警察”，而變?yōu)閹椭ぷ魅藛T防止缺陷發(fā)生的同事。這種方法同樣考慮到裝配過程的各個方面，包括人力、機器、方法和工作環(huán)境，并且清楚地認識到人只是裝配過程中眾多資源之一。這個方法把防止不良質(zhì)量放在首位，以便減少廢品和浪費，最終達到生產(chǎn)率和收益的增加。（流程見圖 2）工業(yè)與質(zhì)量歷史回顧 19世紀初期，美國工業(yè)正在尋找提高生產(chǎn)率的方法來降低成本和增加收益，但沒有想到質(zhì)量對這種關(guān)系的沖擊力。此時最廣泛采用的是 1911年泰勒（ fredrick taylor）在他的著作科學(xué)管理的原理中提及的技巧。作為一名工業(yè)工程師和顧回，他以顧回身份服務(wù)于早期

6、的工業(yè)家，如亨利福特等人。他不斷尋求提高機器和工人工作效率的方法，他使用的基本假定是大部分工人又笨又懶，金錢是他們主要的動力來源，因而在工人與管理之間應(yīng)有嚴格的區(qū)分。他觀察到工人會放慢他們的作業(yè)，害怕工作太有效而變成失業(yè)。他相信可以利用工人以金錢作為工作的動力來克服他們的懼怕和提高生產(chǎn)率?；谶@種信念，他創(chuàng)立了“計件”工資制，對工人支付定量生產(chǎn)件數(shù)的基本工資，對超過定量的生產(chǎn)件數(shù)付給額外獎金?，F(xiàn)今還有一部分行業(yè)使用這種體制。工人被當(dāng)作機器，他們很快變得疏遠和不滿足。產(chǎn)品的生產(chǎn)主要根據(jù)數(shù)據(jù)量而不是質(zhì)量，管理采用“胡蘿卜加大棒”的辦法來降低成本和增加利潤。到19世紀 20年代，得益于休哈特（ wa

7、lter schewart）博士的工作和努力，質(zhì)量變成公司降低成本的整體計劃的組成部分。他作為西方電氣公司工程部的著名科學(xué)家，被譽為統(tǒng)計過程控制之父。在 1924年他計劃了一種抽樣圖表，“設(shè)計用來指示在給定類型的缺陷部件中觀察到的變化百分比，這是很有意義的，亦即指出對產(chǎn)品是否滿意”。他認為產(chǎn)生缺陷的原因可分為“偶然原因”（生產(chǎn)過程中固有的可預(yù)測的變化，現(xiàn)在經(jīng)常稱為“普遍原因”）和“異常原因”（由特殊的不可預(yù)測的原因或事件引起的變化，現(xiàn)在經(jīng)常稱為“特殊原因”）。據(jù)此應(yīng)該著重研究和消除異常原因，以便改進質(zhì)量，但不必浪費資源去解決對整個過程和生產(chǎn)質(zhì)量影響不大的偶然原因。這種方法亦可用來確定某一工序的

8、固有能力，此時“控制界限”可作為一個工序的合格率的控制線。當(dāng)貝爾實驗室科學(xué)家將休哈特的概念付諸實施時，他的方法使幾項廢品降低了 50，和節(jié)省西方電氣公司幾百萬美元的開銷和材料。利用他的統(tǒng)計技術(shù)證明通過質(zhì)量改進能夠節(jié)約成本和增加利潤，并且引起許多大型工業(yè)公司的注意。管理部門開始認識到人不能生產(chǎn)出工序所允許的更多的產(chǎn)品和更好的質(zhì)量。在他 1931年的著作控制產(chǎn)品質(zhì)量的經(jīng)濟檢驗中全文述他的統(tǒng)計抽樣方法的研究結(jié)果，并且這個結(jié)果仍然是現(xiàn)代統(tǒng)計過程控制的基礎(chǔ)。一位西方電氣公司的同事戴明（ edware deming）在參加美國作戰(zhàn)部和后來在日本講授質(zhì)量基本原理時，將休哈特的成果加以擴展。戴明在他的“管量的

9、 14項職責(zé)”中將統(tǒng)計過程控制和質(zhì)量論述為管理哲學(xué)，并把它作為一種工具使工人參與搞好機構(gòu)的活動。他采用這種統(tǒng)計工具和管理哲學(xué)去鼓勵工人負責(zé)在他們控制下的工序的質(zhì)量。休哈特的實踐和戴明的哲學(xué)相結(jié)合至今還在不斷提高美國工業(yè)的質(zhì)量和生產(chǎn)率。 spc的基礎(chǔ)各種控制圖過程控制圖可分為兩大類別：用于測量變量的圖表和用于測量屬性的圖表。根據(jù)監(jiān)控的過程和收集數(shù)據(jù)的來源，它們的用途各不相同。變量圖的實例：是監(jiān)控焊膏的高度。板與板之間通常會出現(xiàn)高度的少量變化。比照控制允許值來跟蹤這種變化可以確定工序是否在合格范圍之內(nèi)，或者在有缺陷的產(chǎn)品出現(xiàn)能迅速指出那些需要檢查或改正的，因“特殊原因”而產(chǎn)生的事件。變量圖如圖3所

10、示。屬性圖的實例：在測試操作中跟蹤有缺陷的單元數(shù)目，計算在一個給定裝配中的首輪通過的成品率。跟蹤與控制范圍有關(guān)的數(shù)據(jù)可以保證前面各工序的總體質(zhì)量，或者在下一個缺陷產(chǎn)品產(chǎn)生之前指出需要檢查和改正的不合的質(zhì)量。屬性圖表如圖 4所示。變量控制圖最常用的變量控制圖表是 x控制圖和 r控制圖，它們經(jīng)常一起使用。 x控制圖用來監(jiān)控工序的位置或者工序的計量值，而 r控制圖用來監(jiān)控工序的范圍或者分布。在正常運用中，獲取一個樣本的多個讀數(shù)，然后相加及求平均值后產(chǎn)生繪在圖上的數(shù)據(jù)點。任何落在上控制限（ ucl）或下控制限（ lcl）之外的數(shù)據(jù)點表示由于特殊原因引起的不合格的工序變化，在進行下一步生產(chǎn)之前需要檢查和

11、改正。除了數(shù)據(jù)點超出 ucl或lcl表示有特殊原因之外，還有其他規(guī)律可指出在沒有超出 ucl或lcl時存在的特殊原因。這些規(guī)律的依據(jù)是變量的統(tǒng)計概率，并可以對很快失控的工藝過程作出預(yù)先提示。這樣就能夠在生產(chǎn)出有缺陷產(chǎn)品之前進行檢查和改正。一些常用的實例包括： 2個以上接近 ucl或lcl的連接續(xù)點 6個增加或降低的連續(xù)點 8個在中間值一邊的連續(xù)點 14中間值兩邊交替出現(xiàn)的連續(xù)點還有其他限制更多的規(guī)律，由控制圖的特殊區(qū)域來決定，而且對于剛開始 spc計劃的公司還不需要這些規(guī)律。這些規(guī)律隨公司的不同而有差別，與他們對于 spc計劃的要求和原則而定。應(yīng)該記住，過多規(guī)律可能產(chǎn)生大量的“偽報警”，但規(guī)律

12、太少又可能在生產(chǎn)過程中漏檢有關(guān)的問題。當(dāng)?shù)谝淮谓⒁粋€生產(chǎn)工序的 x控制圖或 r控制圖時， ucl、lcl和中值數(shù)據(jù)線必須確定下來而不是隨意規(guī)定。這就需要實時運行和測量，然后采用測量值計算出 ucl、lcl和中間值。為確保計算值為有效性，工序的生產(chǎn)過程必須是穩(wěn)定的和可重復(fù)的，否則所提數(shù)據(jù)有偏移，在以后可能對生產(chǎn)過程產(chǎn)生錯誤的反饋。采用著名的平方律可從讀數(shù)值來驗證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，具有“鐘形曲線”的正態(tài)分布即表明生產(chǎn)過程是穩(wěn)定的。用于生產(chǎn)過程控制的步聚和計算在本文提及的參考書中有許多介紹，當(dāng)首次建立圖表時必須遵守這些文獻。屬性控制圖屬性圖用于不可計量的特性的控制。這些特性通常用“好”或“不好”等

13、來表達，正如在化妝品檢驗或測試運行中所遇到的情況那樣。這種特性稱為屬性，用簡單的計數(shù)數(shù)據(jù)來制表。屬性圖表有三種主要類型： p圖，測量某批產(chǎn)品中缺陷部件的百分比 np圖，測量某批產(chǎn)品中缺陷部件的數(shù)目 c圖，監(jiān)控某批產(chǎn)品中缺陷部件的總數(shù)對于 x直方圖和 r曲線圖的控制界限要建立在對穩(wěn)定運行的工藝過程的初始計算上。這是一個連續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)品的過程，所有的缺陷來自工藝過程內(nèi)部的固有的普遍原因，而不是由需要檢查和改正的特殊原因所引起來。在某些例子中，例如測試運行，可以規(guī)定一個任意的控制下限，當(dāng)產(chǎn)品缺陷達到不可接受的水平生產(chǎn)時過程必須中斷。同樣在上例中，控制上限任意設(shè)定為 100，因為這是在測試運行中的最佳的質(zhì)

14、量級別。測定象化妝品特性時，圖表通常通過對給定批量產(chǎn)品的測定完成的，而不象 x直方圖和 r曲線圖那樣在產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中測定完成的，而對測試單元制圖表經(jīng)常是在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中按裝配線或按每班的基礎(chǔ)上完成的。其他數(shù)據(jù)收集方法雖然統(tǒng)計過程管理可用來減少，甚至可能取消中間視覺檢查的操作，但是所有實施的檢覺檢查應(yīng)盡量收集和編制最有意義的數(shù)據(jù)。如前所述，當(dāng)有次建立 spc計劃時，這些數(shù)據(jù)對首先應(yīng)在何處加強控制提供了巨大的幫助。同時它也提供了與 spc圖表、數(shù)據(jù)相關(guān)的反饋，使管理層確信 spc計劃正在改進質(zhì)量和降低成本。缺陷記錄可用來收集視覺檢查的數(shù)據(jù)，還可以提供與 spc實施無關(guān)的有用數(shù)據(jù)。合理使用缺陷記錄

15、，并配合對過程的周密計劃，則缺陷記錄可以指明改進過程的方向。記錄應(yīng)設(shè)計成易于單塊板缺陷輸入，以便減少對總體工作流程的影響，但又能涵蓋過程中所能出現(xiàn)的各個缺陷。手工輸入缺陷的實例如圖 5所示。缺陷記錄中的數(shù)據(jù)可以一天為單位計算，將結(jié)果制成排列圖（ pareto圖）格式制成圖表。在排列圖中缺陷記錄按照出殃效率從高向低排列，以保證重點改進項目得以優(yōu)先解決。同樣可以直觀地反映出那些有效產(chǎn)品缺陷的嘗試。使用通用電子表格程序很容易構(gòu)建排列圖，排列圖如圖 6所示。計劃的決定著手開展 spc和數(shù)據(jù)收集計劃時，要留意打好基礎(chǔ)以減少執(zhí)行中出現(xiàn)的問題。采用一次涉及太多問題的“獵槍”法會遇到要求高級支援的困難，占用質(zhì)

16、量和工程小組的日常生產(chǎn)支持時間，雖然大公司有錢請專人執(zhí)行和支持 spc和數(shù)據(jù)收集，較小的公司常會增加現(xiàn)有雇員的任務(wù)。最好的方法是進行到下一個重點區(qū)域前，先在便于管理的小范圍內(nèi)運行和獲得成功的執(zhí)行經(jīng)驗。如有可能，先開始檢查任現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，尋長在裝配過程中產(chǎn)生最高缺陷的關(guān)過程。如果沒有過硬的數(shù)據(jù)，你可非正式評估某一個正在花費你許多時間去解決問題的過程。它通常會是某一方面如焊膏印刷或波峰焊的問題，并隨著設(shè)備、原材料、方法、人力和工作環(huán)境本身的變化而變化。一旦選擇某一過程作為重點，你即入下一個步驟。根據(jù)所監(jiān)控的過程來決定你要收集變量數(shù)據(jù)還是屬性數(shù)據(jù)。這些你為運作選擇適當(dāng)?shù)目刂茍D表。如果收集變量數(shù)據(jù)，通常

17、使用 x直方案和 r曲線圖。如果收集屬性數(shù)據(jù)，往往選擇 p或np圖，在這兩大類圖中還有各種不同式的樣圖，你在開發(fā)和需要進一步深入時會再使用這些圖。待添加的隱藏文字內(nèi)容2在開展 spc工作初期，建議用人工計算數(shù)據(jù)和作圖，而不要用電子數(shù)據(jù)表格的圖表或自動軟件包。人工作圖讓操作人員對數(shù)據(jù)收集過程有實際的感受。并且最終獲得主宰過程和參與數(shù)據(jù)收集的感受，經(jīng)過一段時間之后，系統(tǒng)可停止對操作人員的數(shù)據(jù)收集任務(wù)和理順整個 spc過程。必須對操作人員提供為什么和怎樣實施 spc和數(shù)據(jù)收集的充分訓(xùn)練。在小組內(nèi)解釋清楚他們承擔(dān)的特定過程的變化對最終產(chǎn)品總質(zhì)量的影響。然后，對統(tǒng)計過程管理作審查，使用簡單的練習(xí)來說明過

18、程內(nèi)的變化，以及如何監(jiān)控讓他們制作測試圖圖表和跟蹤過程數(shù)據(jù)。直至他們懂得數(shù)據(jù)收集的重要性和他們過程的作用。如果培訓(xùn)獲得成功，負責(zé)該計劃的質(zhì)量和工程小組在真正實施和執(zhí)行時就比較容易了。 spc和數(shù)據(jù)收集的方法只要提供可用于改善現(xiàn)行過程有意義的數(shù)據(jù)，任何統(tǒng)計過程管理和數(shù)據(jù)收集方法都可以使用。開始起動一個計劃時，特別當(dāng)員工沒有 spc經(jīng)驗時，最好使用人工方法進行運作，與經(jīng)費多少或易于使用無關(guān)，人工方法為在機構(gòu)內(nèi)執(zhí)行統(tǒng)計過程管理和觀念提供堅實的基礎(chǔ)。有一種錯誤概念認為， spc需要高級數(shù)學(xué)技巧，實際上對于任何會用小型計算器的人員來說，所用大部分計算都是很簡單的。對于許多小公司來說，人工方法就足夠了，雖

19、然利用基于電子數(shù)據(jù)表的控制圖可提高效率。這樣做可使你加強計算能力。電子數(shù)據(jù)表軟件本身可做大量數(shù)字的數(shù)據(jù)收集工作，也可生成控制圖，而無需對數(shù)據(jù)點作連線的例行事務(wù)。最后，它還是提供數(shù)據(jù)可在局域網(wǎng)內(nèi)實時存取的方法，便于信息的查閱。下一步是預(yù)裝 spc軟件，使數(shù)據(jù)更便于輸入，數(shù)據(jù)收集更容易表示。它們有多種型式和大小，從互聯(lián)網(wǎng)獲得的免費軟件和共享軟件到 2001000美元的軟件包，提供你所需要的各種圖表和輸出方式。軟件包具有許多用戶配置選項和作圖規(guī)則，并考慮到多道工序或多條裝配線的監(jiān)控。最高級的 spc和數(shù)據(jù)收集是全部硬件 /軟件結(jié)合的集成，它把設(shè)備直接連接到軟件和網(wǎng)絡(luò)。這些軟件可預(yù)設(shè)告警界限和用戶實施

20、的規(guī)則，以及當(dāng)某一過程超出控制范圍時自動告知適當(dāng)?shù)娜藛T。這種解決方案的價格極易超過 10萬美元，只適用于財務(wù)上購買得起或基礎(chǔ)設(shè)施可以支持的大型公司。在telxon公司內(nèi)部的實施 spc和數(shù)據(jù)收集在印制電路板車間已取得的進展，在上文作了大量介紹。雖然在許多方面仍然依靠于視覺檢查，我們的系統(tǒng)在提供使用方便，以及在統(tǒng)計過程管理方面與現(xiàn)行方案建立相關(guān)關(guān)系都收到成效。去年我們從檢查運作的紙上數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)過渡到自行開發(fā)的采集和報告數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件。雖然紙上系統(tǒng)仍然正常工作，但需要大量人力去處理過程檢驗所需的數(shù)據(jù)。另外，往往當(dāng)作業(yè)完成了有缺陷的過程時，系統(tǒng)才提供事后的數(shù)據(jù)。雖然紙上數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)仍可使用，但需要

21、預(yù)先做好更多管量、質(zhì)量和工程的工作去改正過程中出現(xiàn)的問題。我們采用一種容易獲得的數(shù)據(jù)庫程序來構(gòu)建數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，以及一種易于與數(shù)據(jù)庫收集成的市售報告生成軟件包?，F(xiàn)在，在，在作業(yè)仍在進行中即可獲得實時數(shù)據(jù)，缺陷總結(jié)報告送到相關(guān)區(qū)域以便立刻檢查和采取改正措施。自從執(zhí)行以來，系統(tǒng)已在目標裝配線上使過程缺陷水平降低了 70以上，并且還有其他收益。數(shù)據(jù)輸入屏幕的實例如圖 7所示，缺陷報告如圖 8所示。系統(tǒng)將來的擴展包括更強大的報告特性，自動排列圖的生成，集成到用于最后裝配和系統(tǒng)裝配區(qū)的。這將提供更好的前景，促進從板裝配區(qū)域改進質(zhì)量，以及從其余過程獲得更高的成品率。我們現(xiàn)有的 spc努力集中在焊膏印刷區(qū)域。作為過程缺陷區(qū)域，這里的缺陷會迅速成倍增加，并且難以用視覺檢查和測試方法來發(fā)現(xiàn)。測量是用較舊的技術(shù)，即激光基的高度測