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1、SPC的认识与应用 作者:张忠朴 一、SPC兴起的背景 这几年对台湾的制程业而言,SPC似乎已变成一个愈来愈热门的话题。为了避免盲目地人云亦云,我们更需要先探索一下SPC的来龙去脉。其实SPC会兴起,是源自于一些特定的时空背景。 1-1 SPC兴起是宣告经验挂帅时代的结束 如果工作经验对产品品质有举足轻重的影响(例如:做旗袍或手拉坯),那么,SPC就没有太多挥洒的空间。相反地,如果某一公司开始将经验加以整理,而纳入设备、制程或系统时;也就是说,该公司开始宣告经验挂帅时代将要结束,那么SPC的导入时机也就自然成熟了。1-2 SPC兴起是宣告品质公共认证时代的来临 在传统个人自扫门前雪的时代,每一
2、个公司都要采用自己的资源与方法,来认可某些合格供货商。这对买卖双方而言,都是劳民伤财且浪废资源的必要之恶。为了提升全人类的福祉,因此,品质公共认证的制度与机构,就从1980年代逐渐兴起,其中已蔚然成风的代表者首推GMP与ISO-9000二者。这两种公共认证制度为何能奠定其权威地位呢?这是因为他们非常重视产品生产的过程与系统,因为只有稳定而一贯(Consistent)的过程与系统,才能保证长期做出合格的产品。然而,如何检核此一贯过程与系统仍然稳定的存在呢?这又必须仰赖SPC来发挥功能。基于上述两点主客观的因素,因此,对仍想长期在台湾发展的制程业者而言,SPC已成为影响生存涉及成败的关键制度了。
3、二、SPC的迷思(MYTH) 也许由于对SPC一知半解,因此在一些己推动SPC的公司中,常会发现一些下述的迷思。 2-1迷思一: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。严谨说来,管制图不但不等于SPC而且还要进而推敲 这是产品品质()还是制程参数()管制图 这张管制图是否有意义? 它所管制的参数真的对产品品质有举足轻的影响吗? 管制界限订的有意义吗? 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研判? 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。2-2迷思二:有了Ca/Cp/Cpk等计算就是在推动SPC? Ca/Cp/
4、Cpk是在SPC中计算制程能力最主要的指针,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 Ca/Cp/Cpk有定期Review吗? Ca/Cp/Cpk被活用了吗? 是否已用Ca/Cp/Cpk作订单分派给不同生产线生产的依据? 2-3迷思三:有了可控制的制程参数(Process Parameter)就是SPC? 制程参数的确是SPC的焦点,但是透过此迷思我们应深入探究 为什么挑出这些制程参数? 这些制程参数的控制条件是如何决定的? 这些制程参数与成品品质间有因果关系可循吗? 三、SPC的焦点制程(Process) SPC与传统SQC的最大不同点,就在于由
5、Q至P的这两个字转换。在传统的SQC中强调的是Quality,是指产品的品质。换言之,它是着重买卖双方可共同评断与鉴定的一种既成事实。而在SPC的想法上,则是希望将努力的方向更进一步的放在品质的源头制程(Process)上。因为制程的起伏变化才是造成品质变异(Variation)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。这种因果关系,可进一步表示如下: 明白上述的因果关系之后,自然就会将SPC的焦点放在制程(Process)上了。 四、SPC的步骤 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: 制程制程
6、参数P1P2P3P4(温度)P1AP2AP4A(压力)P2BP3B(温度)P1CP3CP4C(速度)P2DP4D(pH值)P1FP4F(能量)P2GP3G 4-1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(Process Parameter)对产品品质(Product Quality)会有举足轻重的影响。这种探索模式,可以图标方式说明如上。在上述模式,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: 得到这张柏拉图
7、有什么好处呢?其好处就是希望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。 至于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,用传统的索检表(Checklist)及层制法来加以分析即可。反之,如果遇到复杂度高的个案,那可能就不得不借助实验计划法(D.O.E)的更高阶分析工具了。4-2步骤二:设定主要参数的控制范围 经过上述“步骤一”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
8、具来合理地推测出控制范围。 我们继续援引“步骤一”之例,来说明如何决定P2B的合理变动范围。假设该产品品质特性是铜箔的“抗撕强度”,而经过相关回归分析得知,P2B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=P2B之压力强度值若己知产品抗撕强度之规格上限为14 lb/in2,下限为10 lb/in2,那么代入上述回归方程式,则P2B之管制上限为:14=-2+4x XU=4(lb/in2)同理,管制下限即为:XL=3(lb/in2) 经过这种相关回归的转换之后,P2B的控制范围就可合理地设在3.5 0.5(lb/in2)之间,换言之,只
9、要事先将第二制程之压力(P2B),好好控制在3.5 0.5之间,那么,除非有特殊的意外,否则产品的抗撕强,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。当然相对的,今天贵公司所推动的SPC,如果制程参考的控制范围,并无严谨脉络可循(大部分参数都是供货商提供之所谓技术资料),那么在SPC方面就仍许多的值得努力的空间。 4-3步骤三:建立制程控制方法 经过“步骤一步骤二”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。 控制频率(换言之,就是多久该抽样一次?一般抽样频率与制造系统的稳
10、定性有密切的关系,通常若Process的稳定性愈高,则控制频率就可相对的放松) 样本抽取方法 样本量测方法(为了避免造成鸡同鸭讲的问题,理论上,上述二者至少应与“步骤一步骤二”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,则可采取自动侦测之仪器来取而代之,以收事半功倍之效)4-4步骤四:抽取成品来印证原始系统是否仍然正常运转 是否经过“步骤一步骤二步骤三”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,才有助于明白SPC的全貌。其实即使“步骤一步骤二步骤三”完全做到
11、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,现以图标法说明如下图。 当透过“步骤一步骤二步骤三”找出P2B与抗撕强度的关系之后,那么,从SPC之角度仅需将P2B控制在3.5 0.5之范围内即可,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P2B的合理范围内(3.5 0.5),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(在12 2之内),那么,P2B继续控制在3.5 0.5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49之间全部Ou
12、t Spec),那么,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,其实推动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“步骤一步骤二步骤三步骤四”,是推
13、动执行SPC的系统的必要过程,值得有心人多加推敲玩味。 五、SPC的精髓 SPC系统如果能够循序渐进地落实执行,那么,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 从上述“步骤一步骤二步骤三步骤四”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,这岂不正是SPC的写照?因此,若能愈深入了解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之管理。这种源流管理的想法从消极方面讲,可以防止损失于事先;从积极方面讲,更可创造品质于源头,
14、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,那么倒底要投下多少人力物力才能做好成品的全检作业呢?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,因此何者省事、省钱,至此已昭然若揭有目共睹了。5-4 SPC使制造成本更低 推动SPC除了可使5-3节所说的鉴定成本得以节省之外,更可使内部的失败成本大幅降低。若以PCB为例,其Pink Ring的缺点在传统的品管方式中(列:甲厂)常在黑化处理的天之后才可能
15、发现;而一旦Pink Ring在PTH中发现时,四天来的WIP都有可能受到波及的机会。但是若在另一家(乙厂)妥善实行SPC的公司,则黑化线透过SPC的监视,其潜伏的Pink Ring,可能在黑化线出问题之后的两小时内就被掌握了。以一个中级厂的规模,每小时生产250 ft2板子而言,所以甲厂(未推行SPC)与乙厂(推行SPC)在Pink Ring损失上最大的差异,可能就是24,000 ft2(250244)与500 ft2(2502)之比。想想看,这对成本的影响该有多大呢?因此,做好SPC才是降低制造成本的妙方。 六、SPC的诊断 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针,可以每季检讨一次,这些指针分别是: 6-1 品质是否更稳定? 6-2良品率是否提高? 6-3制程是否更流畅? 6-4 WIP是否