摘要：統計過程分析是利用數理統計方法對生產過程的各個階段進行監控和分析,從而達到保證產品質量的目的.目前, 這項功能的重要性日益得到很多生產廠家的重視, 并且提出了與SCADA軟件集成應用的要求. 本文主要講述SPC的原理,應用以及與WinCC集成使用的方法.
關鍵詞：SPC, 腳本, 控件,QA, QAX


Abstract
Statistical Process Control is to supervise and analyze every segment of the product process with statistical method, thus to guarantee the quality of the product. Now, this function is becoming more and more popularly, integrating with SCADA software is also required , so this paper introduces the theory and application of SPC, integration with WinCC is another focus of this paper.

Key Words: SPC, Script, ActiveX control, QA, QAX

SPC 概述

SPC是Statistical Process Control的縮寫, 即統計過程控制, 主要是利用數理統計的方法去識別生產過程中潛在的問題, 采取措施控制產品質量在允許的公差或者限制范圍之內, 避免產品質量的波動.另外, 同樣可以利用SPC來預測生產過程是否能夠滿足預先設定的要求.

SPC原理

之所以采用SPC功能,因為這是現代質量管理的基本觀點決定的,即產品質量由于受人員,機器,物料,制度,環鏡,軟件,輔助材料,共用設備的影響,具有變異性, 而這種變異性隨機現象服從統計規律,所以我們可以使用統計學的原理來分析研究.

SPC的核心工具就是一系列的控制圖, 通過對控制圖的分析, 來判斷生產過程的異常.SPC控制圖主要包括變量 (Variable chart) 圖和屬性 (Attribute chart) 圖和預測圖(Capability chart).控制圖中都有三條控制線, 即控制上限UCL, 控制中心線CL和控制下限LCL,


控制圖中的點來自于單點測量值或測量值樣本組.控制圖判斷分析的原理是:

一.小概率事件原理: 小概率事件實際上不發生, 發生即判異常.

二.質量波動的原因是必然因素和偶然因素(異常因素). 必然因素是始終存在, 對質量影響較小,是難以消除,不可避免的.偶然因素是有時存在, 對質量影響較大, 不難消除, 是可以避免的.控制圖的實質是區分必然因素和偶然因素, 控制限是區分必然波動和偶然波動的界限.

變量圖中最常用的是兩種圖: 單值I-R圖和XBar-R圖. 單值I-R圖主要用來分析批處理或連續生產過程中的孤立單值的波動和范圍的控制圖.而XBar-R圖用來分析連續重復性生產過程中,同一時刻采樣2-12值后的均值波動狀況和范圍. XBar-R圖的上下限計算公式如下:


其中系數A2,D4以及D3根據不同標準而定.

下圖所示為一標準的Xbar-R圖,從圖中我們可以看到測量點在不同點的波動情況.


不同行業中對于判定標準的制定也不同,例如煙草行業中的制絲生產過程的Xbar-R圖的異常判斷標準如下: 準則一：一個點子落在控制界限以外；準則二：連續9個點子落在中心線同一側；準則三：連續6個點子遞增和遞減；準則四：連續14個點子相鄰點子上下交替；準則五：連續2個點子落在中心線同一側2δ區域以外；等等

預測圖的目的是評估生產過程是否滿足預先設定的要求,預報生產過程的未來行為,預測的參數為過程生產能力指數CP,計算公式為


一般情況下,99.73%的點都落在(μ-3σ,μ+3σ)的范圍之內,這時候過程生產能力CP為1,過程生產能力的判斷也是根據行業應用的不同而不同.下圖為預測圖樣本.


SPC在WinCC中的實施應用

SPC在WinCC中實施的基礎
SPC的重要性日益受到工控領域的青睞, 越來越多的用戶希望在WinCC中也能方便的實施SPC功能, 這是因為WinCC具有很高的靈活性.首先WinCC V6具有功能強大的數據庫MS SQL SERVER2000 和歸檔系統, 可以高性能的存取大量的數據.其次, 是WinCC的開放性. WinCC可以很方便的集成多種ActiveX控件, 另外WinCC 集成了強大的腳本系統包括C腳本和VB腳本, 可以方便的操作各種控件的屬性, 方法事件.

SPC 在WinCC中實施的方案
SPC的實施過程包括生產過程, 生產工序的分析, 關鍵質量因素的確定, 制定過程控制的標準, 測量點的歸檔, 樣本數據讀取\分組和參數計算, 控制圖的形成, 過程的監控和分析判斷以及措施采取.對于樣本數據讀取\分組, 可以利用WinCC的變量歸檔來完成.參數計算, 控制圖的生成過程比較復雜, 這涉及SPC的理論核心, 可以用WinCC的腳本編寫實現, 但是很復雜, 我們可以集成一些現成的第三方控件來完成這些功能, 其中NWA公司的QAX控件使用比較方便, QAX控件能夠很方便的生成各種SPC控制圖, 包括變量圖, 屬性圖和預測圖.控制圖中的參數例如上下限, 過程生產能力參數等等都可以自動計算或設定.QAX預留了一個數據緩存區, 我們可以利用WinCC的腳本和開放性接口OLEDB從WinCC的數據庫中讀取樣本測量點后放入QAX的數據緩存區, 然后操作QAX的屬性, 方法事件生成控制圖和診斷參數.示意圖如下:


QAX 控件讀取數據庫樣本參數后送到QAX數據緩沖區生成控制圖, 當鼠標移動時, 控制圖上點的相關信息可以顯示在MSFlexGrid控件里, 相關VB腳本代碼樣例如下:


QAX控件集成到WinCC的畫面中的結果如下:



小結

至此, 我們完成了SPC功能的設計,在WinCC中的集成實施.這種方案我們成功的應用到了某卷煙廠的制絲生產線中, 用于控制分析煙絲烘烤滾筒溫度等影響煙絲質量的因素, 取得了良好的效果. 由于WinCC靈活的開放性和強大的功能,WinCC可實現很多功能的擴展,可方便的實現SCADA系統向MES系統的功能延伸.