蘆國楨，熊先青*，魯?shù)ゆ?，龔建?/p>

(1.南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)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(chǎn)效率，國內(nèi)家具企業(yè)紛紛推進(jìn)生產(chǎn)自動(dòng)化以期提高生產(chǎn)質(zhì)量，然而仍舊存在質(zhì)量不穩(wěn)定、產(chǎn)品特性參數(shù)差別大等問題，如何使用科學(xué)的管理方法提高產(chǎn)品質(zhì)量成為企業(yè)的難題。質(zhì)量管理經(jīng)過了質(zhì)量檢驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制(SQC)階段，自1960年代至今進(jìn)入了全面質(zhì)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(zhì)量模式等多種管理方法相互作用，管理體系與改進(jìn)方法整合大大提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，使產(chǎn)品的生產(chǎn)模式成功從大批量高效率生產(chǎn)邁入高質(zhì)量發(fā)展階段。而家具行業(yè)也從傳統(tǒng)大規(guī)模生產(chǎn)模式邁入智能制造階段，其中提高產(chǎn)品品質(zhì)是至關(guān)重要的[3]。

家具行業(yè)中對(duì)家具質(zhì)量進(jìn)行管控的方法眾多，但各企業(yè)之間并無統(tǒng)一的質(zhì)量控制方法，常用新老7種工具對(duì)家具質(zhì)量進(jìn)行管控[4]，產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定主要依靠國家標(biāo)準(zhǔn)[5]，但由于家具質(zhì)量涵蓋面積廣、檢驗(yàn)項(xiàng)目多，僅僅依靠國家標(biāo)準(zhǔn)難以對(duì)全品類的質(zhì)量進(jìn)行管理。除此之外，家具企業(yè)常依靠質(zhì)檢來剔除不合格的產(chǎn)品以期提高家具的質(zhì)量，但是從產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的角度來看，質(zhì)檢無法從根本上提高產(chǎn)品的質(zhì)量。國內(nèi)外也嘗試使用新的質(zhì)量管理方式進(jìn)行管理，質(zhì)量管理先驅(qū)戴明提出：質(zhì)量是生產(chǎn)出來的不是檢驗(yàn)出來的，從而開啟了質(zhì)量生產(chǎn)管控的新方法，極大地提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)率。封邊質(zhì)量的好壞直接影響到家具質(zhì)量的優(yōu)良，優(yōu)化生產(chǎn)步驟是提高封邊生產(chǎn)質(zhì)量的重要部分。但是封邊生產(chǎn)時(shí)影響因素多，不合格產(chǎn)品產(chǎn)生的原因分析過程復(fù)雜，封邊質(zhì)量日常質(zhì)檢中存在反復(fù)占用勞動(dòng)力等情況。對(duì)此熊先青等[6]對(duì)封邊質(zhì)量的影響因素進(jìn)行了研究，結(jié)果表明封邊質(zhì)量判定中工序及材料等數(shù)據(jù)指標(biāo)直接影響封邊的效果。在對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量管控方法研究中發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)過程控制(statistical process control，SPC)質(zhì)量管控方法可有效提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，現(xiàn)今SPC質(zhì)量管控方法已在不同領(lǐng)域中成功應(yīng)用，但是在家具質(zhì)量管控中的研究較少。

基于此，本研究總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)，探討SPC應(yīng)用在家具質(zhì)量管控上的可行性，提高家具生產(chǎn)質(zhì)量，減少家具的改補(bǔ)，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)利潤。

1 SPC質(zhì)量管控方法理論分析

控制圖按照用途可分為計(jì)量型控制圖和計(jì)數(shù)型控制圖兩種類型。大部分過程測量的特性可以用計(jì)量型數(shù)據(jù)來表示，量化的值可以更加準(zhǔn)確地判斷并可以由此延伸出大量的信息。建立計(jì)量型控制圖首先需要建立適合的過程環(huán)境、定義過程，對(duì)當(dāng)前和潛在的問題區(qū)域進(jìn)行研究，研究特性之間的關(guān)聯(lián)性是否滿足要求；其次收集數(shù)據(jù)，需要考慮數(shù)據(jù)的多少、每組數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間、收集方式等。選取合適的控制圖對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量的提高至關(guān)重要，現(xiàn)今已經(jīng)有多種類型的控制圖應(yīng)用于不同的生產(chǎn)實(shí)踐中，例如對(duì)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(bǔ)充[13]，以及可對(duì)多品種小批量進(jìn)行監(jiān)控的T-K控制圖[14]。在使用控制圖對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行判定后，假設(shè)過程處于穩(wěn)定狀態(tài)，過程中的各個(gè)測量值服從正態(tài)分布，設(shè)計(jì)目標(biāo)值位于規(guī)范的中心且測量的變差相對(duì)較小。這時(shí)使用工序能力指數(shù)對(duì)生產(chǎn)過程能力進(jìn)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(píng)價(jià)才是有意義的。

2 過程與方法

對(duì)封邊工藝應(yīng)用SPC的方法進(jìn)行質(zhì)量改善，需要分析工藝流程、確定關(guān)鍵工藝參數(shù)等前期準(zhǔn)備，還需對(duì)整體試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將采集的工藝參數(shù)使用SPC控制圖及CPK圖進(jìn)行分析，確定該工藝水平的高低并確定該生產(chǎn)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(jì)質(zhì)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(chǎn)過程中包含多道工序。針對(duì)封邊剝離力質(zhì)量進(jìn)行控制時(shí)，需對(duì)封邊工藝過程進(jìn)行分析，找出針對(duì)性的關(guān)鍵工序節(jié)點(diǎn)進(jìn)行改善。這些工序節(jié)點(diǎn)對(duì)封邊剝離力質(zhì)量最終的外觀特征、質(zhì)量可靠性具有重要影響。全自動(dòng)封邊機(jī)生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。本次選取全自動(dòng)封邊設(shè)備生產(chǎn)的18mm封邊板件(封邊帶厚度12 mm)進(jìn)行測試，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析后對(duì)生產(chǎn)過程中可能造成的不合格因素進(jìn)行分析，找出失控原因。

圖2 全自動(dòng)封邊機(jī)生產(chǎn)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(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)的抽樣原則，每天抽取5個(gè)板件，連續(xù)抽取25 d，每組包含5個(gè)板件進(jìn)行測試并記錄數(shù)據(jù)(每個(gè)板件抽取間隔為30 min)。板件測試時(shí)均在生產(chǎn)后靜置24 h以保證板件封邊性能的穩(wěn)定性[16]。對(duì)總共抽取的125個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)樣本如表1所示(測試方法均使用萬能電子試驗(yàn)儀對(duì)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(shù)據(jù)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(chǎn)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(chǎn)過程或工作過程僅受偶然因素的影響，產(chǎn)品質(zhì)量特性的分布基本上不隨時(shí)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(duì)控制圖進(jìn)行分析，觀察控制圖是否出現(xiàn)異常，觀測有沒有點(diǎn)值超過控制界限，假如認(rèn)為這個(gè)控制圖是失控的，則會(huì)出現(xiàn)明顯的非隨機(jī)圖形：應(yīng)以正態(tài)分布來判定圖形，正常情況下有的點(diǎn)應(yīng)該位于中間的區(qū)域。符合其中一點(diǎn)則判定該控制圖不合格，即產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需對(duì)該產(chǎn)品生產(chǎn)過程進(jìn)行改進(jìn)[17]。

2.3 工序能力指數(shù)分析

在使用控制圖進(jìn)行分析后，需進(jìn)一步對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行過程能力分析[18]。計(jì)算公式如下：

Cpk=Cp×(1-Ca)

在對(duì)產(chǎn)品的過程能力進(jìn)行計(jì)算后，根據(jù)Cpk指數(shù)對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行合理的調(diào)整及提升，Cpk評(píng)價(jià)能力如表2所示。Cpk數(shù)值≤1時(shí)，需要對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)整，改善其生產(chǎn)工序能力[19]。

表2 Cpk評(píng)價(jià)能力Table 2 Cpk evaluation ability

3 結(jié)果與分析

3.1 封邊生產(chǎn)過程因素分析

在封邊生產(chǎn)過程中人機(jī)料法環(huán)測(又稱5M1E)是影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量最主要的6個(gè)方面[20]，想要改善封邊的質(zhì)量需要考慮在生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)環(huán)節(jié)是否可調(diào)控及生產(chǎn)材料的影響是否可控，影響封邊剝離力質(zhì)量的因素及可控制點(diǎn)如表3所示。

表3 封邊生產(chǎn)過程中的可控制點(diǎn)及參數(shù)Table 3 Controllable points and parameters in the production process of edge-banding

封邊機(jī)未定時(shí)清潔保養(yǎng)，機(jī)器長時(shí)間使用后壓輪易損壞、機(jī)器輕微變形、涂膠孔堵塞、機(jī)器運(yùn)行時(shí)的溫度過高等因素均可能會(huì)對(duì)封邊質(zhì)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(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)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(duì)該工藝過程進(jìn)行判定：

1)控制圖中有一個(gè)點(diǎn)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(dòng)使過程處于失控狀態(tài)。

2)連續(xù)9點(diǎn)落在中心線的同一側(cè)。

3)連續(xù)6點(diǎn)遞增或遞減。

4)連續(xù)14點(diǎn)相鄰點(diǎn)交替上下。

5)連續(xù)3點(diǎn)中有兩點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的B區(qū)(μ+σ～μ+2σ)以外。

6)連續(xù)5點(diǎn)中有4點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的C區(qū)(μ+2σ～μ+3σ)以外。

7)連續(xù)15點(diǎn)落在中心線兩側(cè)的C區(qū)內(nèi)。

8)連續(xù)8點(diǎn)落在中心線兩側(cè)且無一點(diǎn)在C區(qū)內(nèi)。

均值控制圖中位于9的點(diǎn)在相鄰5點(diǎn)中有4點(diǎn)距離中心線同一側(cè)落在了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差外，位于22的點(diǎn)在相鄰3點(diǎn)中有2點(diǎn)中心線同一側(cè)落在了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差外。極差控制圖中位于9的點(diǎn)距離中心超過1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。下限值已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的70 N，但仍舊有2個(gè)點(diǎn)超過了最低下限要求，這說明出現(xiàn)了異常原因?qū)е律a(chǎn)過程狀態(tài)發(fā)生了變化，需要進(jìn)行質(zhì)量分析。

3.3 Cpk圖分析

Cpk分析結(jié)果如圖4a所示，其中Cpk值為0.53，根據(jù)表2可知結(jié)果遠(yuǎn)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(jìn)行提升。在獲得以上數(shù)據(jù)后，就得到了該生產(chǎn)線上的封邊制品封邊強(qiáng)度特性數(shù)據(jù)，可對(duì)該加工工藝的改善提供數(shù)據(jù)依據(jù)。改善后的Cpk分析如圖4b所示，結(jié)合Cpk評(píng)價(jià)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(rèn)為改善后的工藝處于可控狀態(tài)下，但仍需進(jìn)行進(jìn)一步提升。在對(duì)過程進(jìn)行Cpk評(píng)價(jià)的同時(shí)還需要進(jìn)行Ppk評(píng)價(jià)，后者主要是對(duì)生產(chǎn)的過程指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，這一步驟可以直接判定生產(chǎn)水平的高低，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)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(jié)合控制用控制圖使用累積計(jì)數(shù)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(shí)結(jié)合MES系統(tǒng)對(duì)家具車間生產(chǎn)的板件質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jié) 論

1)分析用控制圖可以為封邊剝離力這一產(chǎn)品參數(shù)的合格與否提供具體的數(shù)據(jù)依據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)判定該封邊生產(chǎn)工藝過程是否處于正常波動(dòng)范圍。當(dāng)該工藝過程處于異常波動(dòng)范圍時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)工序進(jìn)行針對(duì)性的分析和調(diào)整，直至控制圖處于控制范圍內(nèi)且波動(dòng)均處于可接受狀態(tài)。

2)工序能力分析圖可快速對(duì)封邊整體工藝進(jìn)行評(píng)估，試驗(yàn)將工序能力指數(shù)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。