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1.2什么是CP和CPK


什么是 CP 和 CPK(工序能力指数) (工序能力指数) 在评估 SMT 设备或在选型的时候,常听到“印刷机、贴片机或再流焊设备的 Cp 和 Cpk 值是多少?Cp、Cpk 是什么 意思呢? CP(或 Cpk)是英文 Process Capability index 缩写,汉语译作工序能力指数,也有译作工艺能力指数过程能力指 数。 工序能力指数,是指工序在一定时间里,处于控制状态(稳定状态)下的实际加工能力。它是工序固有的能力,或 者说它是工序保证质量的能力。 这里所指的工序,是指操作者、机器、原材料、工艺方法和生产环境等五个基本质量因素综合作用的过程,也就 是产品质量的生产过程。产品质量就是工序中的各个质量因素所起作用的综合表现。 对于任何生产过程,产品质量总是分散地存在着。若工序能力越高,则产品质量特性值的分散就会越小;若工序 能力越低,则产品质量特性值的分散就会越大。那么,应当用一个什么样的量,来描述生产过程所造成的总分散呢? 通常,都用 6σ(即 μ+3σ)来表示工序能力:工序能力=6σ 若用符号 P 来表示工序能力,则:P=6σ 式中:σ 是处于稳定状态下的工序的标准偏差 工序能力是表示生产过程客观存在着分散的一个参数。但是这个参数能否满足产品的技术要求,仅从它本身还难 以看出。因此,还需要另一个参数来反映工序能力满足产品技术要求(公差、规格等质量标准)的程度。这个参数就叫 做工序能力指数。它是技术要求和工序能力的比值,即 工序能力指数=技术要求/工序能力 当分布中心与公差中心重合时,工序能力指数记为 Cp。当分布中心与公差中心有偏离时,工序能力指数记为 Cpk。 运用工序能力指数,可以帮助我们掌握生产过程的质量水平。 工序能力指数的判断 工序的质量水平按 Cp 值可划分为五个等级。按其等级的高低,在管理上可以作出相应的判断和处置(见表 1)。该 表中的分级、判断和处置对于 Cpk 也同样适用。 表 1 工序能力指数的分级判断和处置参考表 级 别 判 断 能 力 过 高 双侧公差范 (T)

Cp 值





Cp>1.67

特 级

T>106

(1)可将公差缩小到约土 46 的范 围 (2)允许较大的外来波动,以提高 效率 (3)改用精度差些的设备,以降低

成本 (4)简略检验 一 级 能 力 充 分 能 力 尚 可 (1)若加工件不是关键零件,允许 一定程度的外来波动 T=86—106 (2)简化检验 (3)用控制图进行控制 (1)用控制图控制,防止外来波动 (2)对产品抽样检验,注意抽样方 式和间隔 (3)Cp—1.0 时,应检查设备等 方面的情示器 (1)分析极差 R 过大的原因, 并采 取措施(2)若不影响产品最终质 量和装配工作,可考虑放大公差 范围 (3)对产品全数检查,或进行分级 筛选

1.67≥Cp1.33

1.33≥Cp>1.0

二 级

T=66—86

1.0≥Cp>0.67

三 级

能 力 不 足 能 力 严 重 不 足

T=46—66

0.67>Cp

四 级

T<46

(1)必须追查各方面原因,对工艺 进行改革 (2)对产品进行全数检查

正确认识 SPC 摘要 SPC 的手法愈来愈多地被广大制造厂所接受,特别是在电子制造业中,已有众多厂家开始推行 SPC,有的很 成功,也有的收效甚微,究其原因,是对 SPC 本身的认识不足,存在着一些误区。本文对 SPC 的定义,实施的步骤作 了论述,指出了其中的要点,并给出了评价 SPC 成果的指标。 Abstract: In past years, SPC has been accepted by many manufacturer, especially in electronics plant. Some of them have achieved the good results, but others not yet. Analyzing the cause, it was due to the mis-understanding of SPC. This article presents the concept and steps of SPC, indicates the keypoints and lists the items to evaluate the SPC results. Key Words SPC Process Control Chart Quality 1.SPC 的定义 SPC 这几年来随着电子制造业在中国的发展,SPC 已逐渐变成一个热门的话题。SPC(Statistical Process Control) 译为统计制程管制,是指“在制程中去收集数据,并将所收集的数据加以统计分析,从分析中发现制程的异常,再通 过问题的分析来挖掘异常的原因,并针对该原因采取适当有效的对策,使制程恢复正常状态,再透过制程能力的调查 分析与标准化,不断提升制程能力的一种维护与改善的手法”。

2.SPC 的误区 SPC 许多情况下,由于对 SPC 的一知半解,经常会在 SPC 的应用中发现一些下述的误区。 误区一:有管制图就是在推动 SPC 其实管制图只是 SPC 的工具之一,因此“管制图=SPC”是一种很粗浅的看法。严格说来,管制图 不但不等于 SPC 而且还要进一步推敲,这些问题经过推敲之后才能帮助我们对 SPC 作更深入的了解。 1)这是产品品质(Q)还是制程参数(P)管制图? 2)这张管制图是否有意义? 3)它所管制的参数真的对产品品质有举足轻重的影响吗? 4)管制界限订的有意义吗? 5)这张管制图是否受到应有的重视,是否已照规定执行追踪与判别? 误区二:有了 Ca/Cp/Cpk 等计算就是在推动 SPC Ca/Cp/Cpk 是在 SPC 中计算制程能力最主要的指标, 因此会作制程能力分析的公司当然是一个对 SPC 认识较深入的公司,但是值得再深入探讨的是: 1)Ca/Cp/Cpk 有定期回顾检查吗? 2)Ca/Cp/Cpk 被活用了吗? 3)是否已用 Ca/Cp/Cpk 作为依据,分派产品给不同生产线生产? 误区三:有了可控制的制程参数就是 SPC 制程参数的确是 SPC 的焦点,但是透过此误区我们应深入探究: 1)为什么挑出这些制程参数? 2)这些制程参数的控制条件是如何决定的? 3)这些制程参数与成品品质间有因果关系可循吗? 3.SPC 的焦点:制程 SPC 的焦点: SPC 与传统 SQC 的最大不同点,就在於由 Q(Quality)至 P(Process)的这两个字转换。在传统的 SQC 中强调的是 产品的品质,换言之,它是着重买卖双方可共同评鉴的一种既成事实。而在 SPC 的思想上,则是希望将努力的方向更 进一步的放在品质的源头──制程上,因为制程的起伏变化才是造成品质变异的主要根源。而品质变异的大小也才是 决定产品优劣的关键。 4.SPC 的步骤 SPC 在对 SPC 有了上述更进一步的了解之后,SPC 的正确作法也就会自然而然的浮现了。一般而言,有效的 SPC 应循 下列步骤依序进行: 步骤一:深入掌握因果模式

所谓因果模式,就是找出哪些制程参数对产品品质会有举足轻重的影响。这种探索模式可以图示方式说明如下。 制程阶 段 制程参数 压力 A 温度 B 速度 C PH 值 D 功率 E P1C P1D P2E 图1 在图 1 模式, 所有制程参数理论上都可能会对产品品质造成影响, 但事实上我们都知道每一制程参 数对产品的影响程度一定不会相同。 因此 SPC 首先要做的就是希望能找出孰轻孰重的因果关系, 换言之 我们希望能得到下列这张制程参数的柏拉图。 P2C P3D P3E 制程(P1) 制程(P2) 制程(P3) P1A P2A P3A P3B

图2 得到这张柏拉图有什麽好处呢?其好处就是能从众多的操作参数之中过滤出少数举足轻重的项目来加以管制。因 此,如果能够作好 SPC,其实管制项目根本不必太多,管制成本当然也就会相对降低了。 至於如何找出上述的因果模式呢?原则上要视产品品质的复杂度而订。如果复杂度低,用传统的查检表及层别法 来加以分析即可。反之如果遇到复杂度高的情形,那可能就不得不借助实验计划法的分析工具了。 步骤二:设定主要参数的控制范围 在找出影响结果的主要参数之后,接着要推敲的就是这些参数该控制在那一个范围内变动才恰当。这个时候,我 们就需要进一步地借助相关与回归分析等统计工具来合理地推测出控制范围。

图3 我们继续用上例来说明如何决定 P3A 的合理变动范围,假设该产品品质特性是 PCB 的抗撕强度,而经过相关回归 分析得知 P3A 与抗撕强度成正比关系,如上图所示。 此回归方程式以公式表示则为: y=-2+4x 其中 y=抗撕强度 x=P3A 之压力强度值

若己知产品抗撕强度之规格上限为 10 kg/cm2,下限为 8 kg/cm2,那麽代入上述回归方程式,则 P3A 之管制上限为: 10=-2+4x→ XU=3(kg/cm2)。同理,管制下限即为 XL=2.5kg/cm2) 。 经过这种相关回归的转换之后,P3A 的控制范围就可合理地设在 2.75+/-0.5(kg/cm2)之间,换言之,只要事先将 第三制程段之压力(P3A)好好控制在 2.75+/-0.5(kg/cm2),那么除非有特殊意外发生,否则产品的抗撕强度理当不成问 题。基本上做到这个阶段,SPC 的精神才可算是真正浮现了。 步骤三:建立制程控制方法 经过步骤一、二之后,对 SPC 而言只能说完成了 S 与 P 两部份,而 C 部只是刚开始而已,因为控制范围只是控制 方法的一部份,若要谈完整的控制的方法,则需要进一步探究。 1. 控制频率, 就是多久该抽样一次。 一般抽样频率与制造系统的稳定性有密切的关系, 通常若制程的稳定性愈高, 则控制频率就可相对的放松。 2. 样本抽取方法。 3. 样本量测方法,理论上应与步骤一、二在实验阶段时采取一致的方法,而在控制一段时间验证吻合之后,则可 采取自动检测仪器来取代。 步骤四:抽取成品来验证原始系统是否仍然正常运转 是否经过步骤一、二、三之后,SPC 的大功就告成了呢?是否推动 SPC 之后,就再也不需要进行成品检验了呢? 如果仍要作成品检验, 那么与推动 SPC 之前原来的成品检验有何不同呢?深入研究这些问题将有助于明白 SPC 的全貌。 其实即使步骤一、二、三完全做到了仍然要抽查少数成品来作检验,其目的何在呢?因为任何系统无论设计如何的严

谨,随着时间的流逝,系统本身都潜伏了“突变”的可能。如下图所示。

图4 当透过步骤一、 三找出 P3A 与抗撕强度的关系之后, 二、 那麽从 SPC 之角度仅需将 P3A 控制在 2.75+/-0.5(KG/CM2) 范围内即可,但是谁能保证原系统永远不变呢?因此为侦测“原系统”是否已产生突变,所以我们就必须在 P3A 的合 理范围内 2.75+/-0.5(KG/CM2)抽取一些样本来对成品的抗撕强度特性加以检查。如果结果显示抗撕力正常,那麽 P3A 继续控制在 2.75+/-0.5(KG/CM2)之内就有意义, 反之, 如果抽出样本的结果显示抗撕强度异常, 如上图落在 6-7 之间, 那麽我们就要立刻警觉系统是否已在不知不觉中突变了。 有了这种认知我们就不难明白,做 SPC 时仍要做少数成品检验的。只是 SPC 中成品检验的目的,是要确认原系统 有没有产生突变,这与传统用成品抽样检验来作全批“允收”的目的是不相同的。 既然在 SPC 中的成品检验是要验证原系统是否有发生突变,所以成品检验的时机就需要讲究,一般应选取在愈接 近系统可能产生突变的时机之后。抽验系统的正常与否就有积极的意义,一般而言,在设备大修、连续假期或更换原 料之后的“关键时刻”都是系统最可能出现突变之时机,这时抽取成品来验证系统的步骤就显得特别重要了。 上述四个步骤是推动执行 SPC 的系统的必要过程。 5.SPC 的精髓 SPC SPC 系统如果能够循序渐进地落实执行,那麽就能逐渐体会到下述各项 SPC 的精髓。 5.1 SPC 能使管理更合逻辑 从四个步骤来看,做好 SPC 的过程其实也就是脱离直觉式管理而进入逻辑管理的过程。中国人常说“物有本末, 事有始终,知所先后,则近道矣”。因此,若能深入了解 SPC 那么管理自然就愈合逻辑。 5.2 SPC 能使管理掌握先机 因为 SPC 是从产品之品质特性,回溯到源头从制程参数上着手管理。这种源流管理的思想不仅可以事先防止损失, 更可从起点创造品质。因此掌握先机自然也成为 SPC 的精髓。 5.3 SPC 能使管理更加省事 SPC 是从容易控制的制程参数下手,来掌握不容易控制的成品品质。因此是一种相当省事的管理,试想倘若不实

行 SPC,那么到底要投下多少人力物力才能做好成品的全检工作呢?尤其麻烦的是,若不做 SPC,那么产量愈大品检人 员就要等幅增加。反之,做好 SPC 后其品检人手是可以不增反减的。 5.4 SPC 使制造成本更低 推动 SPC 除了可使产品鉴定成本得以节省之外,更可使内部的失败成本大幅降低。这是因为 SPC 能够及时发现异 常并发出警报,可以避免在制程异常下大量废品的产生,因此做好 SPC 才是降低制造成本的妙方。 6.SPC 的评估 SPC 推动 SPC 之后,如何知道所推动的 SPC 是否成功了呢?一般而言,有一些简单明确的验证指标,可以每季度回顾 讨论一次,这些指标分别是: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 品质是否更稳定 良品率是否提高 制程是否更流畅 在制品是否更减少 成本是否更低廉 异常是否更快被发现 品管员是否逐渐减少

如果“是”的答案愈来愈多,那么就表示 SPC 已经被正确地应用了。


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