4.8.2 Общие сведения о контрольных картах и возможные области их применения

Рассмотренные в предыдущей главе методы выборочного кон­троля позволяют осуществлять контроль качества готовой про­дукции и отбраковку единиц продукции, несоответствующих ус­тановленным требованиям. Такой традиционный подход к организации производства не эффективен, поскольку не позволя­ет избежать производства непригодной продукции и связанных с этим необоснованных затрат различных видов ресурсов.

Более эффективен подход, основанный на предупреждении производства непригодной для потребителя продукции и позво­ляющий избежать необоснованных потерь. Это может быть дос­тигнуто переходом от управления качеством каждого отдельного изделия к управлению процессом изготовления партий изделий с использованием контрольных карт.

Контрольные карты могут быть применимы либо для «количест­венных», либо для «альтернативных» данных.

В случае использования количественных данных могут быть при­менены контрольные карты двух видов. Первый вид рассматривает меру расположе­ния (центр) количественных данных (контрольные карты расположения). Примерами такой меры служат выборочное среднее или медиана.Второй вид рассматривает меру разброса (рассеяния) отдельных выборочных дан­ных в выборке или подгруппе, например размах или выборочное стандартное отклонение(контрольные карты разброса). Контрольные карты обоих видов необходи­мы для эффективного управления процессами при наличии количе­ственных данных.

Контрольные карты расположения применяют в случаях, когда необходимо оце­нить, произошел ли сдвиг в уровне процесса, в то время как контрольные карты разброса используют, чтобы определить наличие изменения значения стандартного отклонения в выборках или подгруппах. Вследствие того, что контрольные границы КК расположения являются функцией стандартного отклонения выборки, важно удостовериться, что собственный разброс процесса статистически устойчив.

Для большинства контрольных карт, которые могут быть применены для коли­чественных данных, принято нормальное распределение. Обычно на контрольные карты расположения наносят арифметические сред­ние, вычисляемые по данным измерений в каждой мгновенной вы­борке объема . Чаще всего для удобства принимаюти, однако экономический анализ может дать иные цифры, более подходящие для конкретной ситуации.

В случае использования контрольных карт для альтернативных данных рисуют только одну контрольную карту – или числа несоответствующих единиц продукции (иликарты), или числа несоответствий (иликарты).

Мгновенная выборка - это выборка, взятая из технических сооб­ражений, внутри которой вариации могут быть рассмотрены только как следствие случайных (общих) причин. Возможные вариации между такими выборками, как правило, определяются неслучайными (специальными) причинами, наличие которых возможно и важно определить. Технические соображения включают в себя однород­ность, возможность извлечения выборки и экономические соображе­ния. Использование мгновенных выборок при сборе данных - это одна из важнейших особенностей контрольной карты. Вариации внутри однородных выборок используют для определения контроль­ных границ или проверки краткосрочной стабильности. С другой стороны, долгосрочную стабильность обычно оценивают по вариаци­ям между выборками. Несмотря на то, что относительно короткий промежуток времени является основным принципом формирования мгновенных выборок, основывающимся на ограниченности периода потенциального проявления неслучайных причин, могут быть учтены и другие соображения, например такие, как относительная однород­ность условий изготовления изделий (в том числе изготовление одним оператором). Одно и то же правило формирования мгновенной вы­борки должно быть использовано как при сборе данных, так и при определении контрольных границ.

В производстве мгновенная выборка формируется из данных, собранных в короткий отрезок времени в однородных условиях (материал, инструмент, окружающая среда и т.п.). На больших отрезках времени могут действовать неслучай­ные причины, в том числе замена источника сырья, изменение множества данных для записи, переналадка установки или приспособлений, изменение служебной обстановки или смена оператора. Подобные изменения могут и не привести к сдвигу уровня про­цесса, но они могут вызвать повышенный разброс значений измеря­емых характеристик. Основной единицей измерения случайного разброса (измеренного по ряду выборок или известного из прошлой практики) служит стандартное отклонение внутри мгновенной выборки.

Мгновенная выборка формируется в условиях воз­действия всех обычных источников случайных вариаций. Например, при повторных измерениях параметра изделия инструмент, с помо­щью которого проводят измерения, может иметь недостаток. Резуль­таты таких измерений будут искажены, и каждый такой результат может фактически выходить за контрольные границы. Однако, если выборка велика настолько, что ожидаемые вариации намного увели­чивают ее стандартное отклонение, то многие причины, повлекшие за собой такие изменения, останутся необнаруженными.

Стандартное отклонение внутри каждой мгновенной выборки принимают за основную единицу измерения разброса для контроль­ной карты. В случае если разброс неизвестен заранее, то он должен быть оценен с помощью информации, собранной со значительного ряда мгновенных выборок. Рекомендуется рассматривать минимум 20 выборок. Необходимо проконтролировать то, что данные, собранные в базовый период времени, соответствуют статистически управляемому процессу. Это делают путем нанесения на контрольные карты выборочных стандартных отклонений мгновенных выборок. Данные должны соответствовать ста­тистически управляемому состоянию процесса, то есть выборочные стан­дартные отклонения должны лежать внутри контрольных границ. В противном случае нужно осуществить корректирующие воздействия, необходимые для получения таких базовых данных.

Контрольные карты строят в произвольном масштабе на лис­те бумаги или экране дисплея компьютера. По оси абсцисс откла­дывают моменты взятия выборок или их текущие номера, а по оси ординат - реализации выборочной характеристики. Для нагляд­ности точки значений выборочной характеристики, соответству­ющие двум последовательным выборкам, соединяют отрезками прямых линий и получают линейный график, показывающий ди­намику поведения процесса.

В качестве ориентира на контрольной карте проводится цент­ральная линия (ЦЛ) - прямая, параллельная оси абсцисс и опреде­ляющая среднее процесса. Ее расстояние от оси абсцисс соответ­ствует заданному в нормативной или технической документации номинальному значению контролируемого параметра, например, центру поля допуска, математическому ожиданию значений выбо­рочной характеристики, значению параметра, полученному в ходе предварительного исследования процесса, находящегося в статис­тически управляемом состоянии, или же оценочному значению, прогнозируемому по результатам изучения предыстории процесса.

Параллельно ЦЛ на контрольной карте наносятся две линии - верхняя (ВКГ) и нижняя (НКГ) контрольные границы, называе­мые иногда границами регулирования. По существу, контрольные границы, указывающие момент разладки процесса, ограничива­ют диапазон неизбежного разброса значений выборочной харак­теристики, т.е. разброса, обусловленного неустранимыми в насто­ящее время обычными причинами, и позволяют судить, находится ли процесс в статистически управляемом состоянии или он под­вергнут влиянию особых причин.

Основой для расчета контрольных границ служит величина, крат­ная ее стандартному отклонению статистической характеристики. Эту величину, в свою очередь, получают из стандартных отклонений мгновенных выборок. Кратность, т.е. множитель при, среднее число отдельных наблюдений (объемы выборок), использование до­полнительных правил (например, частота взятия выборок) и анало­гичные вопросы рассмотрены в специальных международных стандартах на контрольные карты (ИСО 7966, ИСО 8258), а также в национальном стандарте ГОСТ Р 50779.41. Если в качестве единицы разброса используют размах выборки, то основой для определения контрольных границ служит величина, кратная, и стандартное отклонениене используют.

Кроме того, на контрольную карту в ряде случаев наносятся еще две дополнительные линии - верхняя (ВПГ) и нижняя (НПГ) предупреждающие границы, которые располагаются ближе друг к другу, чем ВКГ и НКГ.

Если значениям выборочной характеристики присуще одно­стороннее отклонение от ЦЛ, то используют контрольные карты с односторонними (верхними или нижними) границами.

Следует подчеркнуть, что между контрольными границами и ус­тановленными в технической документации допусками на контроли­руемые параметры продукции или процесса нет прямой связи. Поло­жения контрольных и предупреждающих границ определяются степенью собственной изменчивости находящегося в статистически управляемом состоянии производственного процесса, а требования в технической документации формируются разработчиками обычно еще до начала производства и совсем из иных соображений.

В качестве примера на рис.4.12 изображена контрольная карта с двусторонними контрольными и предупреждающими границами. При применении таких контрольных карт для управления процес­сом возможны следующие три ситуации:

• значения выборочной характеристики расположены внутри предупреждающих границ. Это означает, что процесс находится в статистически управляемом состоянии и никаких действий по его корректировке не требуется;

• значения выборочной характеристики лежат на или за пределами контрольных границ. Это означает, что процесс вы­шел из статистически управляемого состояния, т.е. процесс разладился и его изменчивость обусловлена неслучайными (особыми) причинами. В такой ситуации процесс должен быть остановлен, причина выхода его из статистически управляемого состояния определена и устранена. Продукция, произведенная между предыдущей выборкой и выборкой, в которой была обнаружена разладка процесса, должна быть подвергнута сплошной разбраковке;

• значения выборочной характеристики находятся между пре­дупреждающей и контрольной границами. Это служит пре­достережением возможного нарушения процесса. Обычно в этом случае берут еще несколько выборок, и если установленное количество последовательных значений выборочной характеристики оказывается расположенным между предупреждающей и контрольной границами, то это служит сигна­лом о выходе процесса из-под контроля и необходимости его корректировки.

- порядковый номер выборки;

- значение контролируемого параметра.

Рис.4.12 Пример контрольной карты с двусторонними контрольными и предупреждающими границами

Таким образом, контрольные границы, установленные на ос­нове внутренне присущей процессу собственной изменчивости, определяют тот диапазон значений выборочной характеристики, внутри которого будут располагаться почти все точки, нанесен­ные на контрольную карту, когда процесс протекает стабильно, т.е. когда его изменчивость обусловлена только случайными (обыч­ными) причинами. Благодаря этому контрольные карты, отражая текущее состояние процесса, позволяют определить, действитель­но ли процесс находится в статистически управляемом состоянии и устойчиво обеспечивает соответствие продукции и услуг уста­новленным требованиям.

По существу, целью применения контрольных карт является не обеспечение совершенного управляемого состояния процесса, а достижение разумного и экономичного статистически управляе­мого состояния процесса.

Первоначально контрольные карты, предложенные в 1924 г. известным американским статистиком Уолтером А.Шухартом - сотруд­ником телефонной лаборатории Белла, были предназначены для контроля и оперативного управления производственным процес­сом. В настоящее время они находят применение также в сфере об­служивания, административного управления и в управлении мно­гими процессами, распределенными во времени или пространстве.

В сфере промышленного производства контрольные карты - один из основных инструментов в арсенале статистических мето­дов обеспечения качества. С помощью контрольных карт изучают возможности производственных процессов, производят оценку их управляемости и воспроизводимости и осуществляют оператив­ное управление технологическими процессами серийного и массо­вого производства продукции. Они находят применение при: анализе точности и стабильности технологических процессов; выявлении производственных факторов, дестабилизирую­щих производственные процессы;

Уолтер А.Шухарт

• слежении за состоянием технологических процессов и своев­ременной их корректировки (регулировки);

• осуществлении приемки продукции, гарантирующей, что фак­тически уровень несоответствий продукции не превышает ус­тановленный нормативный уровень;

• обнаружении потери управляемости процесса в режиме реального времени.

Следует отметить, что заполненные контрольные карты, вы­полнившие свою функцию регулирования производственного про­цесса, являются документом, подтверждающим внутрипроизвод­ственные меры по обеспечению качества продукции, и могут передаваться вместе с продукцией потребителю. В этом случае по­требитель может сократить объем или вообще отказаться от вход­ного контроля получаемой продукции.