JP4774970B2 - 品質管理方法、品質管理プログラム及び品質管理システム - Google Patents

Description

本発明は、品質管理に関し、より詳細には製品の製造工程において得られた品質管理データを基に工程管理能力指数を求め、その値が所定値以下の場合に工程の損失コストを算出してランク付けし提示する品質管理方法、品質管理プログラム及び品質管理システムに関する。

製品の製造においては、製造工程全体を対象として品質特性を計測し、計測したデータを統計的に捉えて管理を行う統計的管理手法が一般的である。Ｘｂａｒ−Ｒ管理図やＰ管理図、工程能力指数等は統計的な管理手法として良く知られており、これらの品質特性に対する管理基準を設定して、その設定値を基に合格または不合格を判定することが行われている。そして不良率が高い工程を中心に不良原因を予測し、その不良原因に対して適切な対処を施すことにより管理状態に戻すことを行っている。

例えば、図１１と図１２は従来の管理方法の一例を示すもので、製造工程の各工程に対して管理項目を設定し、計測したデータから工程能力指数（Ｃｐ値）を求める。そして、工程能力指数が所定の値以下となる工程を抽出し、小さな値から重要度としてのランクを付け、ランクの高いものから（即ち、Ｃｐ値の小さなものから）その原因への対処を施してきた（即ち、工程能力指数は製品を生産できる能力を示すものであるから、能力の低いものからその原因に対し対処を行ってきた）。図１１は大工程における中工程、その中の管理項目における工程能力指数を取得した品質管理データから求めたものである。図１２は、図１１のＣｐ値の中からＣｐ値が１．３３以下のものを抽出したもので、Ｃｐ値の小さなのからランク付けしたものである。ここでは、部品Ａ製造ラインの穴あけ１のＣｐ値が０．６７と最も小さな値を示してランク１位になっており、穴あけ１の加工速度において品質管理上の問題があること示している。次にＣｐ値の低いものは（ランク２位のもの）、部品Ｂ製造ラインの薬液洗浄１である。

精度よく不良原因を予測して、迅速に改善を行う方法が提案されている。この方法は、管理項目に管理基準を設定するとともに、管理項目毎に重要度を設定しておき、管理項目のチェックを実施してそのチェック結果と管理項目および重要度とを表示するものである。不良に対する影響の大きさに従って管理項目を表示するので、効率的に不良の改善を行うことができる効果を有している（例えば、特許文献１）。
特開２００２−２０２８０７号公報

上記に示したように品質管理においては、統計的管理手法が一般的に用いられており、例えば工程能力指数が所定の値以下となったとき、その値の低いものから重要度が高いと判断してランク付けして表示し、不良の改善を行うことが行われてきた。

この方法は確かに生産能力の低い工程に対してその原因への対処がなされるものあるが、品質特性が管理目標値に戻るように修正する場合の損失コストと言うものを考えたとき、その損失コストが最も高いものであるとは限らない。例えば、工程能力指数が３位のランクのものが損失コストで見ると最もコストが高い場合がある。即ち、工程能力指数が低くてもその工程の製造コストや製造量が小さいものであれば損失コストは低いものとなり、むしろ工程能力指数が多少大きくても損失コストの大きなものから改善を図った方が有利である。このように、工程能力指数で工程の改善を図ることには問題がある。単純に不良率を求めた場合も同様である。

また、上記に示した特許文献１は、予め設定した重要度に応じて不良に対する影響度が定まるものと思われるが、その重要度を定める根拠に対する開示が成されておらず、重要度の決定が経験値によるものであるとすれば人によって判断が異なることが考えられ、問題がある。

本発明は、品質管理のデータから修復に要する損失コスト（即ち、管理目標値になるように修正する場合のコスト）を求め、これらをランク付けして提示する品質管理方法、品質管理プログラム及び品質管理システムを提供することを目的とする。

本発明の品質管理方法、品質管理プログラム及び品質管理システムは以下のように構成される。
（１）第１の発明
第１の発明は、各工程の工程能力指数が所定値以下であった場合に、その工程の管理目標値になるよう修正した場合の損失コストを求め、ランク付けを行って提示する品質管理方法である。

その原理を図１を用いて説明する。第１の発明は、製造コスト記憶手順１０、管理基準値記憶手順２０、品質管理データ記憶手順３０、工程能力指数算出手順４０、損失コスト算出手順５０および損失コスト提示手順６０で構成する。これらの個々の構成要素について説明する。

製造コスト記憶手順１０は、各製造工程毎の製造コストを記憶する。例えば、その工程で発生する材料費や人件費、動力費等である。

管理基準値記憶手順２０は、各工程において予め定めた管理項目とその管理項目に対する設定値とを記憶する。設定値には管理項目の目標値を含む。

品質管理データ記憶手順３０は、各工程の管理項目に対する品質管理データを計測し、記憶する。

工程能力指数算出手順４０は、管理基準値記憶手順２０で記憶している管理基準値と品質管理データ記憶手順３０で記憶している品質管理データとを基に、工程能力指数を算出する。

損失コスト算出手順５０は、工程能力指数算出手順４０で求めた工程能力指数が所定値以下となった管理項目を抽出し、この管理項目の工程に於ける損失コストを、品質管理データのバラツキと製造コストおよび製品の生産量とを基に所定の損失関数を用いて求める。、
損失コスト提示手順６０は、求めた工程に対する損失コストを、損失額の大きさでランク付けして提示する。
（２）第２の発明
第２の発明は、第１の発明の損失コストが、品質管理データの値を管理項目に設定した目標値に成るように修正する場合にかかるとした場合のコストと管理項目の目標値からの差を修正しない場合のバラツキにかかるコストである。
（３）第３の発明
第３の発明は、制御因子に対する誤差因子と信号因子とのデータを予め記憶しておき、そのデータを用いて工程能力指数が所定値以下となった管理項目の制御因子に対する補正値を求め提示するものである。第１の発明の品質管理方法に品質工学データ記憶手順をさらに有している。

その原理を図２を用いて説明する。第４の発明は、製造コスト記憶手順１０、管理基準値記憶手順２０、品質管理データ記憶手順３０、工程能力指数算出手順４０、損失コスト算出手順５０、損失コスト提示手順６１および品質工学データ記憶手順７０で構成する。この内製造コスト記憶手順１０〜損失コスト算出手順５０は第１の発明と同一であるので説明は省略する。

品質工学データ記憶手順７０は、管理項目の制御因子に対するのバラツキの要因である誤差因子と制御因子の値を変化させる要因である信号因子との品質工学上のデータを記憶する。

損失コスト提示手順６１は、第１の発明で求めたランク付けした損失コストと、そのランク付けされた損失コストの工程で得られた品質管理データと品質工学上のデータとからその該当する管理項目の設定値に対する補正値を求めて、ランク付けした損失コストと補正値とを提示する。
（４）第４の発明
第４の発明は、第１の発明の品質管理プログラムである。
（５）第５の発明
第５の発明は、第１の発明の品質管理システムである。

第１の発明により、管理基準から外れた管理項目に対する損失コストが提示されるので、最も損失の大きいものから改善の処置を図ることが可能な品質管理方法の提供ができる。

第２の発明により、生産者としての損失コストが明確になると共に、品質管理データの平均値を調整しない場合のバラツキにかかる損失コストと平均値を調整するためのコストを比較することにより、平均値の調整方法の妥当性が検討可能な品質管理方法の提供ができる。

第３の発明により、品質工学上のデータを基に管理基準に対する補正値が得られることから、迅速に適正な管理基準とすることが可能な品質管理方法の提供ができる。

第４〜第５の発明により、効率的な改善の処置を図ることが可能な品質管理プログラムと品質管理システムの提供ができる。

本発明の実施例について図３から図１０を用いて説明する。

まず最初に全体の品質管理システムの構成例を図３を用いて説明する。図３はメッキ処理の製造工程を例に示すもので、各製造工程（前処理工程３０１、水洗１工程３０２、メッキ工程３０３、水洗２工程３０４、乾燥工程３０５、検査工程３０６）の製造装置に付けられたセンサ２００で品質管理データを取得し、サーバ１００に品質管理データを送る。各製造工程に付けられたセンサ２００は工程名の下部に示す管理項目の値を検知し、検知したデータを品質管理データとして送信する。例えば、前処理工程３０１では、薬液濃度、液温、処理時間、薬液の液循環量をそれぞれのセンサ２００で予め決められた時間毎に検知し、デジタル量に変換して送信する。

サーバ１００はセンサ２００から送られた品質管理データを受信すると、これらのデータを所定の記憶場所に記憶するとともに、一定時間蓄えられたデータをもとに予め設定された管理基準値とで工程能力指数を計算し、さらに損失コストを計算して次に述べるディスプレイに表示を行う。

図４は、品質管理システムの全体を管理するコンピュータの構成例である。プログラムやデータを制御する制御部１１０、工程の管理者に損失コスト等の表示を行うディスプレイ１２０、管理基準値等の設定のためにデータの入力を行うＫＢ（キーボード）１３０、メッキ処理の生産計画のデータを記憶する生産計画記憶部１４０、各工程毎の製造コストを記憶する製造コスト記憶部１５０、品質管理上の管理項目とその管理基準値を記憶する管理基準値記憶部１６０、センサ２００から送られた品質管理データを記憶する品質管理データ記憶部１７０、制御因子に対する誤差因子、信号因子の品質工学上のデータを記憶する品質工学データ記憶部１８０および品質管理プログラムを実行する主記憶１９０で構成する。

品質管理プログラムはさらに、管理基準設定部１９１、品質管理データ取得部１９２、工程能力指数算出部１９３、損失コスト算出部１９４、補正値算出部１９５および損失コスト提示部１９６で構成する。これらの品質管理プログラムの各部の機能を次に説明する。

管理基準設定部１９１は、例えば工程管理者によって入力された管理項目に対する目標値（中央値）、上限値、下限値を管理基準値記憶部１６０に記憶することの処理を行う。

品質管理データ取得部１９２は、一定の時間毎にセンサ２００から送られる品質管理データを品質管理データ記憶部１７０に記憶することを行う。

工程能力指数算出部１９３は、一定の時間毎に品質管理データ記憶部１７０に記憶した品質管理データと管理基準値記憶部１６０に記憶した管理基準値を基に工程能力指数を算出する。そして、算出した工程能力指数は品質管理データの平均値、最大値、最小値、バラツキとともに管理基準値記憶部１６０に記憶しておく。

損失コスト算出部１９４は、工程能力指数算出部１９３で算出した工程能力指数が所定値以下のものについて、生産計画記憶部１４０に記憶している年間生産計画数、製造コスト記憶部１５０に記憶している工程毎のコスト、品質管理データ記憶部１７０に記憶している品質管理データを基に年間の損失コストを算出する。

補正値算出部１９５は、工程能力指数算出部１９３で算出した工程能力指数が所定値以下の管理項目について、品質工学データ記憶部１８０を参照して管理項目の管理基準に対する補正値を算出する。

損失コスト提示部１９６は、算出した損失コストを損失額の大きい順に並べ、求めた補正値とともにディスプレイ１２０に表示する。

次に、製造コスト記憶部１５０と管理基準値記憶部１６０および品質工学データ記憶部１８０のデータ例について説明する。

図５は、製造コスト記憶部１５０に記憶されるデータ例を示すもので、大工程と中工程があり、各中工程に対して材料費、人件費、動力費、それらの費用の小計、その中工程で修復する場合にかかるコストである修復費用からなる。図５では、大工程は部品Ａ製造ライン、部品Ｂ製造ラインおよびＡ／Ｂ部品組立ラインの３つの大工程からなり、それぞれの大工程は図５に示す複数の中工程があることを示している。

例えば、部品Ａ製造ラインの４番目目の中工程である穴あけ１は、材料費が１，０００円、人件費は２００円、動力費は３０円でその小計はこれらの費用を合わせて１，２３０円となり、修復する場合は材料費を不要とするので２３０円である。部品Ａ製造ラインの全体の工程を終了するとそれに要する費用は５，８５０円であり、修復費用は２，９１０円である。同様に部品Ｂ製造ラインの全体の工程にかかる費用の小計は７，１２０円、お修復費用は５，７９０であり、Ａ／Ｂ部品組立ラインではそれぞれ１４，８２０円、３，２００円であることを示している。

図６は、管理基準値記憶部１６０のデータ例を示すもので、各中工程に対する一つ以上の管理項目と、その管理項目に対する管理基準値および品質特性からなる。管理基準値は目標値である中心と上限、下限とからなり、それぞれには予め基準値が設定される。品質特性は、平均値、最大値、最小値、バラツキおよびＣｐ値で、取得した品質管理データを基に算出される値である。ここでのバラツキは標準偏差（σ）であり、Ｃｐ値は工程能力指数の値で次に示される値である。

Ｃｐ＝（規格上限−規格下限）／６σ
一般に工程能力指数はＣｐｋの記号で表されることが多く、Ｃｐ値が規格幅に対するバラツキσの関数になっているのに対し、Ｃｐｋは平均値の偏りの関数である。平均値の偏りがなければＣｐ＝Ｃｐｋとなり、ここでは平均値の調整を行っているのでＣｐ値を用いている。なお、Ｃｐｋの値はＣｐｋ＝（１−ｋ）＊Ｃｐで示され、ｋの値は次式である。

ｋ＝（（規格上限＋規格下限）／２−平均値）／（規格上限−規格下限）／２
例えば、穴あけ１の工程の管理項目であるドリル回転数の場合は、管理基準の中心は８００、上限８５０、下限７５０である。図に単位を表示してないがｒｐｍ（revolution per minute）である。そして、計測して得られたデータから平均値８２２、最大値８３５、最小値８１０、バラツキ８．７７、Ｃｐ値は１．９０である。

図７は、品質工学データ記憶部１８０のデータ例を示すもので、図７（ａ）は制御因子に対する誤差因子および信号因子の関係を示すものである。例えば、制御因子である接着粘度は誤差因子として塗布温度があり、信号因子として塗布圧力と関係していることを示している。

図７（ｂ）は基本機能を示すもので、例えば塗布圧力と接着剤重量の関係は図に示される二つの直線で挟まれる範囲の値の関係にあることを示している。この線形の関数は理想状態（誤差が存在しない）であれば一つの直線で示すことができるが、塗布圧力と接着剤重量との関数の傾きを変化させる誤差として、温度や溶剤濃度の変化によって粘度が変化すれば、管理範囲内でも正側最悪状態、負側最悪状態での傾きの幅を持つことになる。これらの傾きの幅が狭い程、理想状態に近いことを示している。

また、接着における荷重と変位との関係も同様に温度や湿度などの誤差により傾きが変り、この変動幅が小さい程理想状態に近いことを意味している。

図７（ｃ）は、品質（または特性）に対する各要因（Ａ、Ｂ・・・Ｈ）の効果を示しており、ＳＮ比（点線で示される）は環境や使用条件などの誤差（管理困難な要因）に対する安定性を示し、値が大きい程安定性が良いことを意味する。感度は応答特性である。ＳＮ比と感度は以下の式で表せれる。

ここで、β ：比例定数
ｒ ：入力の大きさ（信号の大きさ）
Ｖｅ：誤差分散
Ｓβ：比例定数の変動
この式から分かるように、ＳＮ比の大きさは誤差分散Ｖｅに対する感度の安定性を示している。

次に、本発明で用いる損失コストについて説明する。損失コストは図８に示す損失関数を用いて目標値からの差を修正しない場合の損失コストＬ１、および目標値になるように修正した場合の損失コストＬ２を算出する。図８に示す損失関数は一般的に知られているので説明は省略するが、具体例で算出の方法を述べる。

図５の部品Ａ製造ラインにおいて、穴あけ２の工程において、穴径が機能限界Δ０の７０μｍを越えると組立できなくなり破棄するとした場合に、そのコストＡ０（図８の消費者損失に等しい）は５，８５０円、穴径が小さくて修復可能な場合の手直しのコストＡ（図８のメーカ損失に等しい）は２，４５０である（図５の全体の修復コスト２，９１０から穴あけ１と穴あけ３の２３０円×２が引かれた値となる）。許容差は、図５の許容差Δを求める式にＡ、Ａ０、Δ０の値を入れて４５．３μｍとなり、損失コストＬ１とＬ２はそれぞれ５７８円、３０６円が求まる（ＶＴは図示しないが２２μｍ、Ｖｅは図６の品質特性の穴径２のバラツキ１６μｍである）。ここで求めたＬ１とＬ２の値は、部品１個当りの損失コストであるので、部品生産個数を年間１万個とすれば、年間の損失コストＬ１とＬ２はそれぞれ５７８万円と３０６万円になる。損失コストは、このように生産数を考慮した値を求める。

次に品質管理システムのコンピュータ１００の処理フロー例を図９を用いて説明する。まず、コンピュータは各工程のセンサ２００から送られてくる品質管理データを取得する。このデータを品質管理データ記憶部１７０に蓄積し、定められたタイミングで平均値、最大値、最小値、バラツキおよびＣｐ値（Ｃｐ値は、先に示した式で求める）を求め、管理基準値記憶部１６０に書き込む（Ｓ１１０、Ｓ１２０）。

管理基準値記憶部１６０の全てのＣｐ値の値が１．３３を越えていればこのまま終了するが（Ｓ１３０でＮｏの場合）、Ｃｐ値の値が１．３３以下のものがある場合（Ｓ１３０でＹｅｓの場合）には、それらに対して上述した方法で年間の生産数を考慮した損失コストのＬ１とＬ２を算出する。算出した損失コストの額の大きい順にランク付けを行う。（Ｓ１３０〜Ｓ１５０）。

次に、上位にランクされた３つの管理項目の制御因子について、図７に示す品質工学データ記憶部１８０を参照して補正値を求める（Ｓ１６０）。

Ｓ１５０でランク付けしたＬ１とＬ２の損失コストとＳ１６０で求めた補正値とをディスプレイ１２０に表示する。そして、求めた補正値を基に管理基準値や製造装置の設定の修正を行う（Ｓ１７０、Ｓ１８０）。

図１０にＳ１５０で求めた損失コストＬ２とランク付けした例を示す。図１０は、図５および図６のデータ例に対応している。この図１０のランクと図１２の従来のＣｐ値によるランクを比較すると全く異なることが判る。

第１の発明の原理図である。 第２の発明の原理図である。 品質管理システムの構成例である。 品質管理システムのコンピュータの構成例である。 製造コスト記憶部のデータ例ある。 管理基準値記憶部のデータ例である。 品質工学データ記憶部のデータ例である。 品質コストの算出式である。 コンピュータの処理フロー例である。 年間の損失コストによるランク付けの例である。 品質管理データから算出したＣｐ値の例である。 従来のＣｐ値によるランク付けの例である。

符号の説明

１０ 製造コスト記憶手順
２０ 管理基準値記憶手順
３０ 品質管理データ記憶手順
４０ 工程能力指数算出手順
５０ 損失コスト算出手順
６０ 損失コスト提示手順
６１ 損失コスト提示手順
７０ 品質工学データ記憶手順
１００ コンピュータ
１１０ 制御部
１２０ ディスプレイ
１３０ キーボード
１４０ 生産計画記憶部
１５０ 製造コスト記憶部
１６０ 管理基準値記憶部
１７０ 品質管理データ記憶部
１８０ 品質工学データ記憶部
１９０ 主記憶
１９１ 管理基準設定部
１９２ 品質管理データ取得部
１９３ 工程能力指数算出部
１９４ 損失コスト算出部
１９５ 補正値算出部
１９６ 損失コスト提示部
２００ センサ
３０１ 前処理工程
３０２ 水洗１工程
３０３ メッキ工程
３０４ 水洗２工程
３０５ 乾燥工程
３０６ 検査工程

Claims (5)

1. コンピュータが、
   製造する製品の工程毎の製造コストを記憶する製造コスト記憶手順と、
   前記工程毎に予め定めた品質管理の管理項目と該管理項目に対する目標値を含む管理基準値とを記憶する管理基準値記憶手順と、
   前記管理項目に対する品質管理データを計測し、得られた品質管理データを記憶する品質管理データ記憶手順と、
   前記管理基準値と記憶された前記品質管理データとを基に、工程能力指数を求める工程能力指数算出手順と、
   求めた前記工程能力指数が所定の値以下となった管理項目を抽出し、抽出した管理項目の工程における損失コストを、前記品質管理データのバラツキと前記製造コストおよび前記製品の生産量とを基に所定の損失関数を用いて損失コストを求める損失コスト算出手順と、
   前記求めた工程に対する損失コストを、額の大きさでランク付けして提示する損失コスト提示手順と、
   を有することを特徴とする品質管理方法。
2. 前記損失コストは、
   前記品質管理データの値が前記管理項目の目標値に成るように修正する場合のコストと、前記管理項目の目標値からの差を修正しない場合のコストである、
   ことを特徴とする請求項１記載の品質管理方法。
3. 前記品質管理方法は、さらに
   前記管理項目の制御因子に対し、品質のバラツキの要因である誤差因子と品質を変化させる要因である信号因子との品質工学上のデータを記憶した品質工学データ記憶手順を有し、
   前記損失コスト提示手順は、前記損失コスト算出手順で求めた工程に対する損失コストを額の大きさでランク付けするとともに、ランク付けされた該損失コストの品質管理データと前記品質工学上のデータとから該当する管理項目の設定値に対する補正値を求め、該ランク付けした損失コストと該補正値とを提示する
   ことを特徴とする請求項１記載の品質管理方法。
4. コンピュータに、
   製造する製品の工程毎の製造コストを記憶する製造コスト記憶手順と、
   前記工程毎に予め定めた品質管理の管理項目と該管理項目に対する目標値を含む管理基準値とを記憶する管理基準値記憶手順と、
   前記管理項目に対する品質管理データを計測し、得られた品質管理データを記憶する品質管理データ記憶手順と、
   前記管理基準値と記憶された前記品質管理データとを基に、工程能力指数を求める工程能力指数算出手順と、
   求めた前記工程能力指数が所定の値以下となった管理項目を抽出し、抽出した管理項目の工程における損失コストを、前記品質管理データのバラツキと前記製造コストおよび前記製品の生産量とを基に所定の損失関数を用いて損失コストを求める損失コスト算出手順と、
   前記求めた工程に対する損失コストを、額の大きさでランク付けして提示する損失コスト提示手順と、
   を実行させるための品質管理プログラム。
5. 製造する製品の工程毎の製造コストを記憶する製造コスト記憶手段と、
   前記工程毎に予め定めた品質管理の管理項目と該管理項目に対する目標値を含む管理基準値とを記憶する管理基準値記憶手段と、
   前記管理項目に対する品質管理データを計測し、得られた品質管理データを記憶する品質管理データ記憶手段と、
   前記管理基準値と記憶された前記品質管理データとを基に、工程能力指数を求める工程能力指数算出手段と、
   求めた前記工程能力指数が所定の値以下となった管理項目を抽出し、抽出した管理項目の工程における損失コストを、前記品質管理データのバラツキと前記製造コストおよび前記製品の生産量とを基に所定の損失関数を用いて損失コストを求める損失コスト算出手段と、
   前記求めた工程に対する損失コストを、額の大きさでランク付けして提示する損失コスト提示手段と、
   を有することを特徴とする品質管理システム。

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