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Exemple de Cpk et de données non normales dans le domaine du soudage en assemblage électronique

Les gens,

Voyons comment se porte Patty après avoir donné son premier cours à l'université Ivy…

Patty est rentrée chez elle après avoir donné son premier cours à l'université d'Ivy et elle ne pouvait contenir son enthousiasme. Pendant les deux heures qui ont suivi, son mari, Rob, a dû l'écouter poliment lui raconter à quel point c'était formidable d'enseigner à ces jeunes futurs ingénieurs, brillants et enthousiastes.

Le temps a filé à toute allure et, avant même de s'en rendre compte, elle se retrouvait debout devant la classe pour donner son deuxième cours.

Patty a rapidement rappelé qu'il n'était pas correct de calculer la moyenne des Cpk et que, pour calculer un Cpk, les données devaient suivre une distribution normale.

« La question a été posée la dernière fois : comment savoir si les données sont normales ? Minitab® permet de représenter les données sur un graphique de probabilité normal. À l'œil nu, on peut se faire une bonne idée de la normalité ou non des données. De plus, Minitab effectue divers tests, dont le test de normalité d'Anderson-Darling », a commencé Patty.

« Je vais vous montrer quelques données concrètes pour illustrer cela », a poursuivi Patty.

« Lors de l'assemblage d'un smartphone comme le nouveau Druids, les tolérances mécaniques des nombreux condensateurs et résistances minuscules sont très précises. L'un des formats courants de condensateur ne mesure que 0,6 mm de long… », dit Patty avant de marquer une pause en voyant un élève lever la main.

« Oui, Martin ? » demanda Patty.

« Professeur, vous voulez dire 0,6 cm, c'est ça ? » demanda Martin.

« Non, 0,6 mm », répondit Patty.

La réponse de Patty a provoqué pas mal de chuchotements, si bien qu'elle a finalement dû demander le silence.

« Pourquoi tout le monde est-il surpris ? » demanda Patty.

« Professeur, c'est bien plus petit qu'un grain de riz, ça a plutôt la taille d'un grain de sable », répondit Alison March.

« C'est sympa », pensa Patty, « et ça tombe à pic. »

Patty a montré une diapositive présentant des composants passifs posés sur une tête d'allumette, puis a fait passer parmi les élèves un smartphone Druid démonté, accompagné d'une loupe, afin qu'ils puissent constater à quel point ces composants passifs étaient minuscules.

Des composants électroniques en puce à montage en surface, de taille décroissante, posés sur une surface rouge et portant la mention « impérial ».

Il a fallu un certain temps pour que la classe se calme.

Patty a ensuite ajouté : « Et environ 200 à 500 condensateurs et résistances de cette taille sont placés un par un et soudés lors du processus d'assemblage électronique de chaque smartphone. »

Les élèves avaient la bouche grande ouverte.

« Bon, voyons comment ces petits garnements s’inscrivent dans le cadre de l’SPC. Mon entreprise commande des milliards de ces composants électriques chaque année. On nous envoie un lot d’échantillons pour valider une commande plus importante. Pour les composants qui nous intéressent, nous savons déjà que la longueur moyenne est de 0,6 mm et que la tolérance à 3 sigma (écart-type) est de ± 0,03 mm. La limite inférieure de spécification est donc de 0,57 mm et la limite supérieure de 0,63 mm. Cela correspond à un Cpk = 1,00 », poursuivit Patty.

Patty a affiché une diapositive PowerPoint présentant ces données.Graphiques Minitab côte à côte représentant le Cpk avec des données non normales, d'abord dans leur état d'origine puis triées, illustrant la capacité.

« Les données relatives au lot échantillon se trouvent à gauche. Quel est le problème ? » demanda Patty.

Charles Parsons a levé la main.

« Oui, Charles ? » demanda Patty.

« Eh bien, Dr Coleman, l'écart-type des données est de 0,15 et le Cpk qui en résulte n'est que de 0,67 ; les objectifs ne sont donc pas atteints », répondit Charles.

« Exactement », répondit Patty.

« Nous sommes ensuite retournés voir le fournisseur et lui avons demandé de résoudre le problème. Le graphique de droite concerne les condensateurs qu’il nous a envoyés trois semaines plus tard, après avoir affirmé avoir résolu ses problèmes de processus de fabrication », a expliqué Patty.

« Qu'en penses-tu ? » demanda Patty.

Il y eut beaucoup de chuchotements. Finalement, DeShaun Martin leva la main.

« Oui, DeShaun ? » répondit Patty.

« Eh bien, professeur, on dirait qu’ils ont simplement trié les pièces pour réduire le sigma et augmenter le Cpk », répondit DeShaun.

« Exactement », dit Patty.

« Je ne vois pas ce qu’il y a de mal à trier », a déclaré Sandy Lisle.

« Comme vous pouvez le constater sur le smartphone Druid que j’ai fait passer, il est tellement rempli de composants qu’il ne reste pratiquement plus d’espace à l’intérieur. Pour atteindre cette densité, nous devons effectuer des analyses de tolérance afin de nous assurer que tout rentrera. Dans toutes ces analyses, nous utilisons des distributions normales comme modèle. Avec une distribution triée, nous risquons d’avoir davantage de conflits de tolérance », a répondu Patty.

« Regardez la flèche rouge. Il y aura un excédent de composants de cette taille et un manque de composants de la taille indiquée par la flèche verte. Ces différences entraîneront des problèmes de tolérance au niveau des pastilles du circuit imprimé sur lequel le composant passif sera monté », a poursuivi Patty.

« Tu peux nous expliquer ? Comment peut-on savoir que la distribution de droite n'est pas normale ? », demanda Conor Stark.

“Sorry, I almost forgot. Look at the normal probability plot for the sorted data. Note how it diverges from the straight line on the ends. Also the Anderson-Darling value for p is <0.05. These two criteria are cause to reject the hypothesis that the data are normal,” Patty finished.

Patty était justement en train de conclure le cours quand quelqu'un a levé la main.

« Oui, Natalie ? » demanda Patty.

« Quel a été le résultat final ? » demanda Natalie.

Patty gloussa ; il était évident qu'elle devait partager le résultat de cette aventure.

« Oh, oui. On n’a pas pu utiliser ces composants pour les smartphones Druid, mais ils convenaient pour certains jouets qu’on était en train d’assembler. De plus, on a insisté pour obtenir une remise de 30 %, car les composants passifs ne répondaient pas aux spécifications », répondit Patty.

Alors qu'elle rangeait, deux étudiantes se sont approchées de Patty. L'une d'elles, Justine Randall, a pris la parole au nom des deux.

« Professeur Coleman, vous êtes une source d'inspiration pour nous. Nous espérons que dans vingt ans, nous pourrons vous ressembler », a déclaré Justine, émue.

Patty était effectivement émue, mais en sortant de la salle de classe, elle s'est dit qu'elle devait se mettre à se teindre les cheveux.

Santé,

Dr. Ron