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統計製程中的「機遇變異」與「非機遇變異」原因
一般的製造生產線如果沒有經過「統計製程管制(SPC)」手法來加以管控生產品質,其品質水準基本上會包含所謂的「機遇變異」與「非機遇變異」兩種主要原因。
從大數據來看,「機遇變異」大約佔了製程中的85%的大部分問題,而「非機遇變異」則約佔15%的比率。當生產線經過「統計製程管制(SPC)」手法改善後,原則上應該要可以消除「非機遇變異」,而只剩下「機遇變異」,因為「機遇變異」的原因並非工程人員或是生產線本身就可以被解決,它必須經由管理階層變更系統或是添購更精準的設備才能加以解決。
那何謂產品「變異」?
以產品本身來做區別,「變異」大致可被歸納為三大類:
件內變異(within-piece variation):這類變異可用產品表面的粗糙度來說明,比如說產品表面上某一區域比其他區域來得粗糙。
件間變異(piece-to piece variation):這類變異發生在同一時間內所生產的各件不同產品之間。例如從一台機器上連續生產出來的五個電燈泡,每個燈泡的使用壽命卻都不一樣。這就是件與件之間的差異。
時間變異(time-to-time variation):這類變異可用同一天內不同時間所生產的產品不會有相同品質來說明。例如白班生產的產品和夜班生產的產品品質就可能不會一樣。又例如切削工具隨著時間磨耗,切削的結果也會跟著改變。
另外,因為統計手法的關係,還會有所謂的「組內變異」與「組間變異」的區別,管制圖【x̄-σ chart】與【x̄-R chart】的σ(標準差)及R(全距)就是用來管制「組內變異」的,而x̄則可以管制「組間變異」。這個「組內變異」與「組間變異」會跟Cpk與Ppk有關係,日後有機會再談。
以上三種變異的來源又可細分為製程(Process)、材料(Material)、作業員(Human)、其他雜項(MISC)等四個項目。(這個與特性要因分析的大項是一致的)
下面試著說明這四種變異的來源:
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變異的第一個來源是製程(process)。製程變異包括工具磨耗、機器振動、夾持工作物裝置的位置,以及水力和電力的波動。當這許多變異匯集在一起時,它會使得製程在某種變異程度內波動。因此,即使兩架生產機器完全相同,可是他們的能力卻不相同,在安排製造重要零件時,對於這一事實的考慮將非常重要。
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第二個來源是材料(material)。因為如果連在最後成品中都會發生變異,那原料一定也會發生變異,因為我們的原料就是供應商的最後成品。例如材料的抗拉強度、展延性、厚度、多孔性和含水量等品質特性,都會在最後成品中發生變異。
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第三個來源是作業員(human)。這應該也是最大的一個變異來源,而且還是個最難以衡量的變異。這個來源包括作業員完成作業的方法是否有依照說作業指導書來作業,每一個週期是否相同或稍有變異,以及作業員的體力及情緒等也都會影響到產品的變異。另外,作業員的手指割破、足踝扭傷等私人問題或頭痛,也都會影響到作業員的品質績效。又如作業員不瞭解製程和原料的變異,時常調整機器,也會增加它的變異性。
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最後一個來源是雜項(misc.)。這個來源包括如溫度、光線、輻射線和濕度等環境因素。例如室外的濕度高,庫存紙張中的水份就會改變,對製程有不良的影響。其他包括在這類變異裡的尚有檢驗方法。如檢驗設備不良或者品質標準應用不當、甚至用分厘卡時施力過大等,都可能是導致異常的原因。
只要這四種變異的來源(製程、材料、作業員和雜項)以常態或期望的方式波動,變異的機遇原因就會形成「穩定型態(stable pattern)」。
而形成這四種變異的原因,又可區分為「機遇變異」與「非機遇變異」原因兩大類。
那何謂「機遇變異」與「非機遇變異」原因呢?
機遇變異:
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無論產品在設計或製造階段如何的嚴謹與優良,生產完成後產品間的變異都仍然會存在,這種變異被稱為「機遇變異」 。
- 機遇變異是由「機遇原因」所形成,戴明以「一般原因」稱之 。
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如果製程變異只包含機遇變異,即製程變異只受到機遇原因的影響,我們稱此製程為「穩定」或「在統計管制內」。
非機遇變異:
- 是由「非機遇原因」所形成
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非機遇變異並非隨機形成,而是製程出現異常的結果,故非機遇原因出現時應立即加以矯正,當非機遇原因矯正後,變異就會降低。
- 戴明以「特殊原因」稱之。
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如果製程變異包含非機遇變異,即製程變異受到非機遇原因的影響,我們則稱此製程為「不穩定」或「在管制外」。
歸納一下 「機遇原因」與「非機遇原因」
機遇原因 | 非機遇原因 | |
描述 | 包含許多個別原因。 任何單一機遇原因僅導致微量變異 (但是許多機遇原因匯總在一起可能產生問題大總和) |
包含一個或少數個個別原因。 任何單一非機遇原因均可能引發大量變異。 |
例子 | 設定管制儀表時的人為變異 機械的微震 原料公差內的些微差異 |
作業員錯誤 不正確的機器條件設定 一批不正確的原料 |
解說 | 消除製程中的機遇變異不符合經濟原則。 當僅有機運變異出現時,製程為最佳操作狀態。倘若仍然有不良品發生,則必須進行基本製程改善或者修訂規格以減少不良率。 當觀測值在機遇變異的管制界限內時,表示製程不應該調整。 當僅有機遇變異時,表示製程相當穩定,宜用抽樣程序來預測所有生產的品質或進行製程最適化研究。 |
非機遇變異可以偵測出來,消除該變異通常符合經濟原則。 當有非機遇原因出現時,表示製程仍未在最佳操作狀態。 當觀測值超出管制界限時,通常表示製程應該予以調整和矯正。 |
共同原因的變異則存在於製造系統或管制系統中。因為這種變異屬於系統內的,所以應該由管制這一系統的人員,也就是「管理者」,特別是高階層的經營者來負責。共同原因的變異僅能由管理者們採取行動,才能將之消除。
至於,機遇原因是無可避免的,但非機遇原因大多是人為的或人力可以控制的。如果是由機遇原因而發生的,這種變異數正常狀況,不必加以管制,稱該製程為「在控管制狀態(under control)」。假若變異是由非機遇原因而發生,則該製程為在「非受控管制製程(out of control)」。
另外,除了盡力找出及消除變異的原因之外,最重要的是防止其再發生,以確保產品品質的均勻性。而利用管制圖的方法,可以幫助我們分辨出產品品質的變異是屬於機遇或非機遇原因,如此我們所得到的結論會比較客觀,比僅憑經驗來判斷品質的優劣要好得多。
延伸閱讀:
柏拉圖分析 (Pareto Chart)介紹
標準差與常態分佈的關係(six sigma)
製程能力介紹 ─ Cpk之製程能力解釋
六個標準差(six sigma)運用於日常生活
如何使用Excel2007建立常態分布曲線圖表
如何使用Excel2007製作柏拉圖(Pareto chart)
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