SPC là gì? Tất tần tật về Kiểm soát Quy trình trong gia công cơ khí.

SPC, viết tắt của Statistical Process Control (Kiểm soát Quy trình Thống kê), là một phương pháp quản lý chất lượng quan trọng được sử dụng để giám sát và điều khiển các quá trình sản xuất, đặc biệt trong gia công cơ khí. Dữ liệu chất lượng dưới dạng các phép đo Sản phẩm hoặc Quy trình được thu thập theo thời gian thực trong quá trình sản xuất. Dữ liệu này sau đó được vẽ trên đồ thị với các giới hạn kiểm soát được xác định trước. SPC sử dụng các công cụ thống kê để theo dõi và cải thiện quá trình sản xuất, nhằm đảm bảo rằng sản phẩm đạt chất lượng mong muốn và giảm thiểu biến động trong quá trình sản xuất.

Kiểm soát quá trình thống kê SPC là gì?

Kiểm soát quá trình bằng thống kê (SPC) được định nghĩa là việc sử dụng các kỹ thuật thống kê để kiểm soát một quá trình hoặc phương pháp sản xuất. Các công cụ và thủ tục SPC có thể giúp bạn theo dõi hành vi của quy trình, phát hiện các vấn đề trong hệ thống nội bộ và tìm giải pháp cho các vấn đề sản xuất. Kiểm soát quá trình bằng thống kê thường được sử dụng thay thế cho kiểm soát chất lượng bằng thống kê (SQC).

Lịch sử của SPC

Việc sử dụng các biểu đồ kiểm soát đã xảy ra trong Thế chiến II ở Hoa Kỳ để đảm bảo chất lượng của bom, đạn và các sản phẩm chiến lược quan trọng khác. Việc sử dụng các phương pháp SPC đã giảm đi phần nào sau chiến tranh, mặc dù sau đó đã được sử dụng với hiệu quả lớn ở Nhật Bản và tiếp tục cho đến ngày nay. (Để biết thêm thông tin, hãy xem Lịch sử Chất lượng .)

Nhiều kỹ thuật SPC đã được các tổ chức trên toàn cầu áp dụng trong những năm gần đây, đặc biệt là một phần của các sáng kiến ​​cải tiến chất lượng như Six Sigma. Việc sử dụng rộng rãi các thủ tục biểu đồ kiểm soát đã được hỗ trợ rất nhiều bởi các gói phần mềm thống kê và hệ thống thu thập dữ liệu phức tạp.

Các công cụ giám sát quá trình bổ sung bao gồm:

• Biểu đồ Tổng tích lũy (CUSUM) : Tọa độ của mỗi điểm được vẽ biểu thị tổng đại số của tọa độ trước đó và độ lệch gần đây nhất so với mục tiêu.
• Biểu đồ Trung bình động có trọng số theo cấp số nhân (EWMA) : Mỗi điểm biểu đồ đại diện cho giá trị trung bình có trọng số hiện tại và tất cả các giá trị nhóm con trước đó, mang lại nhiều trọng số hơn cho lịch sử quy trình gần đây và giảm trọng số cho dữ liệu cũ hơn.

1. Mục đích của SPC

Mục đích của Kiểm soát Quy trình Thống kê (SPC) là thiết lập một quy trình sản xuất được kiểm soát bằng cách sử dụng các kỹ thuật thống kê để giảm bớt sự thay đổi của quy trình. Sự thay đổi giảm sẽ dẫn đến:

• Kiểm soát và giám sát chất lượng: SPC giúp theo dõi các thông số của quy trình sản xuất, nhằm phát hiện sự thay đổi trong quá trình, điều này giúp cải thiện chất lượng sản phẩm.
• Phát hiện sớm vấn đề: Việc sử dụng các công cụ thống kê như biểu đồ kiểm soát giúp phát hiện sớm các vấn đề, từ đó có thể xử lý trước khi nó ảnh hưởng đến toàn bộ quy trình hoặc sản phẩm.
• Cải tiến liên tục: SPC không chỉ giúp duy trì chất lượng mà còn khuyến khích việc cải tiến liên tục quy trình sản xuất, giảm lãng phí và tối ưu hóa hiệu suất.

Để đạt được một quy trình được kiểm soát:

• Các phép đo phải được đăng ký theo cách chính xác (MSA);
• Dữ liệu phải được phân tích một cách chính xác (SPC);
• Các quyết định phải được đưa ra dựa trên phân tích và một quy trình thích hợp (OCAP);
• Các điều chỉnh quy trình phải được đăng ký để theo dõi và đánh giá hiệu quả của các điều chỉnh (PDCA).

Các công cụ SPC trong gia công cơ khí

Các công cụ SPC (Statistical Process Control – Kiểm soát Quy trình Thống kê) trong gia công cơ khí giúp giám sát và kiểm tra chất lượng của quy trình sản xuất. Dưới đây là các công cụ SPC phổ biến trong ngành gia công cơ khí:

Biểu đồ kiểm soát (Control Charts)

Biểu đồ kiểm soát là công cụ quan trọng nhất trong SPC. Nó giúp theo dõi sự biến động của một hoặc nhiều tham số trong quá trình sản xuất để phát hiện sớm các sự cố. Các loại biểu đồ kiểm soát phổ biến là:

• Biểu đồ X-bar và R: Dùng để theo dõi sự biến động về kích thước, chiều dài, đường kính của chi tiết gia công. Biểu đồ X-bar đo trung bình, còn biểu đồ R đo biên độ (sự thay đổi giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất).
• Biểu đồ p: Dùng để kiểm tra tỷ lệ lỗi hoặc tỷ lệ sản phẩm bị lỗi trong quá trình sản xuất.
• Biểu đồ np: Theo dõi số lượng sản phẩm lỗi trong mỗi nhóm sản phẩm.
• Biểu đồ c: Theo dõi số lượng lỗi trong một sản phẩm hoặc nhóm sản phẩm.
• Biểu đồ u: Dùng để theo dõi số lỗi trên mỗi đơn vị sản phẩm.

Biểu đồ Pareto

Biểu đồ Pareto giúp xác định các nguyên nhân gây ra phần lớn vấn đề trong quá trình sản xuất, theo nguyên lý 80/20. Biểu đồ này cho phép doanh nghiệp tập trung vào các vấn đề quan trọng nhất, cải thiện hiệu quả chất lượng sản phẩm.

• Ứng dụng trong gia công cơ khí: Biểu đồ Pareto có thể giúp xác định nguyên nhân chủ yếu gây ra sai lệch trong kích thước chi tiết, máy móc không chính xác, hoặc dụng cụ gia công bị mài mòn.

Biểu đồ phân tán (Scatter Diagrams)

Biểu đồ phân tán giúp phân tích mối quan hệ giữa hai yếu tố hoặc biến số. Ví dụ, bạn có thể sử dụng biểu đồ này để xem mối quan hệ giữa tốc độ cắt và độ chính xác của chi tiết gia công.

• Ứng dụng trong gia công cơ khí: Giúp xác định sự ảnh hưởng của các yếu tố như tốc độ máy, độ mài mòn của dụng cụ, hoặc các thông số gia công khác đến chất lượng sản phẩm.

Biểu đồ Histogram

Biểu đồ histogram là công cụ giúp phân tích tần suất phân bố của dữ liệu (chẳng hạn như độ chính xác của các kích thước chi tiết gia công). Biểu đồ này thể hiện sự phân bổ dữ liệu trong một phạm vi cụ thể.

• Ứng dụng trong gia công cơ khí: Dùng để kiểm tra sự phân bố của kích thước sản phẩm, từ đó xác định mức độ đồng đều của sản phẩm và khả năng duy trì chất lượng trong quá trình sản xuất.

Phân tích nguyên nhân gốc (Root Cause Analysis)

Phân tích nguyên nhân gốc là một phương pháp tìm ra nguyên nhân chính dẫn đến vấn đề trong quy trình sản xuất. Khi dữ liệu từ các công cụ SPC chỉ ra sự sai lệch, bước tiếp theo là phân tích nguyên nhân để cải thiện quy trình.

• Ứng dụng trong gia công cơ khí: Phân tích các sự cố như máy móc bị hỏng, sai lệch kích thước, hoặc các lỗi liên quan đến dụng cụ cắt, giúp đưa ra biện pháp khắc phục hiệu quả.

Biểu đồ kiểm tra khả năng của quy trình (Process Capability Charts)

Biểu đồ kiểm tra khả năng của quy trình giúp đánh giá khả năng của một quy trình sản xuất trong việc đáp ứng các yêu cầu về chất lượng. Nó cho thấy quy trình có khả năng sản xuất sản phẩm trong giới hạn dung sai đã định hay không.

• Ứng dụng trong gia công cơ khí: Dùng để đánh giá khả năng của quy trình gia công trong việc duy trì các kích thước sản phẩm trong phạm vi dung sai cho phép.

Biểu đồ kiểm tra sự ổn định của máy móc (Machine Performance Charts)

Đây là các biểu đồ theo dõi sự ổn định và hiệu suất của máy móc, giúp phát hiện các dấu hiệu của sự mài mòn dụng cụ hoặc hư hỏng máy móc có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

• Ứng dụng trong gia công cơ khí: Giám sát tình trạng của máy móc gia công như máy phay, máy tiện, giúp phát hiện kịp thời các vấn đề liên quan đến máy, từ đó giảm thiểu sai lệch kích thước sản phẩm.

Kiểm tra năng suất và hiệu suất (Performance and Efficiency Monitoring)

Các công cụ SPC cũng có thể giám sát năng suất và hiệu suất của các bộ phận hoặc quy trình sản xuất để đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

• Ứng dụng trong gia công cơ khí: Giúp theo dõi thời gian gia công, số lượng sản phẩm lỗi, và số lượng sản phẩm đạt yêu cầu để tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu lãng phí.

Đo lường các yếu tố bên ngoài (External Factors Monitoring)

Các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, và các yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đến chất lượng gia công. SPC có thể được sử dụng để theo dõi các yếu tố này và điều chỉnh quy trình sản xuất khi cần thiết.

• Ứng dụng trong gia công cơ khí: Giám sát điều kiện môi trường, giúp đảm bảo rằng sản phẩm không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm hay các yếu tố môi trường khác trong quá trình sản xuất.

Cách sử dụng Kiểm soát Quy trình Thống kê (SPC)

Trước khi thực hiện SPC hoặc bất kỳ hệ thống chất lượng mới nào, quá trình sản xuất cần được đánh giá để xác định các khu vực chính của chất thải. Một số ví dụ về lãng phí quy trình sản xuất là làm lại, phế liệu và thời gian kiểm tra quá nhiều. Sẽ có lợi nhất nếu áp dụng các công cụ SPC vào những lĩnh vực này trước tiên. 

Trong quá trình SPC, không phải tất cả các kích thước đều được giám sát do chi phí, thời gian và sự chậm trễ trong sản xuất sẽ phải chịu. Trước khi triển khai SPC, các đặc điểm chính hoặc quan trọng của thiết kế hoặc quy trình phải được Nhóm Chức năng Chéo (CFT) xác định trong quá trình đánh giá bản in hoặc bài tập Phân tích Hiệu ứng và Chế độ Thất bại trong Thiết kế (DFMEA) . Dữ liệu sau đó sẽ được thu thập và giám sát về các đặc điểm chính hoặc quan trọng này.

Thu thập và ghi lại dữ liệu

Dữ liệu SPC được thu thập dưới dạng các phép đo về kích thước / tính năng của sản phẩm hoặc các kết quả đo lường quy trình. Dữ liệu sau đó được ghi lại và theo dõi trên nhiều loại biểu đồ kiểm soát khác nhau, dựa trên loại dữ liệu được thu thập. Điều quan trọng là loại biểu đồ chính xác được sử dụng để tăng giá trị và thu được thông tin hữu ích. 

Dữ liệu có thể ở dạng dữ liệu biến liên tục hoặc dữ liệu thuộc tính. Dữ liệu cũng có thể được thu thập và ghi lại dưới dạng các giá trị riêng lẻ hoặc giá trị trung bình của một nhóm các bài đọc. Một số hướng dẫn và ví dụ chung được liệt kê bên dưới. Danh sách này không bao gồm tất cả và chỉ được cung cấp để tham khảo.

Dữ liệu biến đổi

• Biểu đồ Cá nhân – Phạm vi Di chuyển: được sử dụng nếu dữ liệu của bạn là các giá trị riêng lẻ
• Biểu đồ Xbar – R: được sử dụng nếu bạn đang ghi dữ liệu trong các nhóm con từ 8 trở xuống
• Biểu đồ Xbar – S: được sử dụng nếu kích thước nhóm phụ của bạn lớn hơn 8

Dữ liệu thuộc tính

• Biểu đồ P – Để ghi số bộ phận bị lỗi trong một nhóm bộ phận
• Biểu đồ U – Để ghi lại số lượng khuyết tật trong mỗi bộ phận

Ứng dụng SPC trong gia công cơ khí

• Theo dõi kích thước và dung sai: Trong gia công cơ khí, SPC giúp giám sát các kích thước quan trọng của chi tiết gia công như đường kính, chiều dài, độ cong vênh, v.v. Điều này giúp bảo đảm rằng các chi tiết gia công đáp ứng đúng yêu cầu thiết kế.
• Đo lường độ chính xác và độ ổn định của máy móc: SPC giúp theo dõi tình trạng của máy móc và thiết bị, giúp phát hiện sự cố và tránh hư hỏng máy.
• Tối ưu hóa quy trình gia công: Giảm thiểu sự biến động của các yếu tố như tốc độ cắt, áp lực gia công, độ mài mòn dụng cụ, giúp gia công nhanh chóng và hiệu quả hơn.

Lợi ích của SPC trong gia công cơ khí

• Giảm thiểu lỗi và sai sót: Bằng việc sử dụng SPC, doanh nghiệp có thể giảm thiểu sự xuất hiện của lỗi trong sản phẩm, đảm bảo chất lượng ổn định.
• Tiết kiệm chi phí: Khi phát hiện và khắc phục sớm các vấn đề trong quy trình, doanh nghiệp sẽ giảm thiểu chi phí sản xuất và giảm thiểu sự cần thiết của các công đoạn sửa chữa sau khi sản xuất.
• Tăng sự hài lòng của khách hàng: Sản phẩm chất lượng đồng đều, ổn định và đáp ứng yêu cầu của khách hàng sẽ giúp xây dựng niềm tin và sự hài lòng.
• Cải tiến năng suất: Quá trình giám sát và điều chỉnh quy trình liên tục sẽ giúp tối ưu hóa các hoạt động và tăng năng suất sản xuất.

Các bước triển khai SPC trong gia công cơ khí

• Xác định các đặc tính quan trọng: Trước khi triển khai SPC, cần xác định những đặc tính cần kiểm soát, chẳng hạn như kích thước, độ bền, độ chính xác của chi tiết.
• Thu thập dữ liệu: Thu thập và ghi chép dữ liệu từ quá trình gia công. Dữ liệu này sẽ được sử dụng để phân tích và xây dựng các biểu đồ kiểm soát.
• Phân tích dữ liệu: Sử dụng các công cụ SPC để phân tích sự biến động của quy trình, tìm ra các nguyên nhân tiềm ẩn gây lỗi và biến động.
• Thực hiện các biện pháp cải tiến: Sau khi phân tích, doanh nghiệp cần áp dụng các biện pháp để giảm thiểu biến động và cải thiện chất lượng sản phẩm.
• Theo dõi và đánh giá: Liên tục theo dõi và đánh giá hiệu quả của các biện pháp cải tiến để đảm bảo chất lượng ổn định trong dài hạn.

Khi giám sát quá trình thông qua biểu đồ SPC, người kiểm tra sẽ xác minh rằng tất cả các điểm dữ liệu nằm trong giới hạn kiểm soát và theo dõi các xu hướng hoặc thay đổi đột ngột trong quá trình. Nếu xác định được bất kỳ nguyên nhân đặc biệt nào gây ra sự thay đổi, cần thực hiện hành động thích hợp để xác định nguyên nhân và thực hiện các hành động khắc phục để đưa quá trình về trạng thái kiểm soát thống kê.

Có những biến thể hoặc mẫu điểm dữ liệu khác trong giới hạn kiểm soát cũng cần được theo dõi và điều tra. Chúng bao gồm nhưng không giới hạn ở:

• Chạy trong đó 7 điểm dữ liệu trở lên nằm trong một hàng ở một bên của đường tâm quy trình
• Những thay đổi về mức độ lan truyền dữ liệu bình thường, trong đó nhiều điểm dữ liệu cách xa nhau hoặc gần nhau hơn
• Các xu hướng được thể hiện bằng 7 điểm dữ liệu trở lên liên tục tăng hoặc giảm
• Sự thay đổi của dữ liệu trải rộng trên hoặc dưới mức trung bình bình thường