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電子組裝焊接中 Cpk 與非正態數據的範例

朋友們

讓我們來看看,派蒂在常春藤大學上完第一堂課後,情況如何……

派蒂在常春藤大學上完第一堂課後回到家,內心的興奮之情難以抑制。接下來的幾個小時裡,她的丈夫羅伯只能禮貌地聽她講述,教導這些年輕、聰明、充滿熱忱的未來工程師是多麼棒的一件事。

時間過得很快,轉眼間,她已站在全班同學面前,準備進行她的第二場講座。

帕蒂簡要重申了以下事實:將 Cpk 值求平均是不正確的;此外,要計算 Cpk 值,數據應呈正態分佈。

「上次有人問到,該如何判斷資料是否符合正態分佈?可以利用 Minitab® 將資料繪製在正態機率圖上。透過目測,我們就能大致判斷資料是否符合正態分佈。此外,Minitab 還會執行各種檢定,其中之一便是安德森-達林正態性檢定,」派蒂說道。

「讓我用一些實際數據來向各位說明這一點,」派蒂接著說。

「在組裝像新款 Druids 這樣的智慧型手機時,眾多微小電容器和電阻器的機械公差要求非常精確。其中一種常見的電容器長度僅有 0.6 毫米……」,派蒂看到有學生舉手,便停頓了一下。

「怎麼了,馬丁?」派蒂問道。

「教授,您的意思是 0.6 公分,對吧?」馬丁問道。

「不,是 0.6 毫米,」帕蒂回答道。

派蒂的回答引起了一陣竊竊私語,最後派蒂不得不要求大家保持安靜。

「大家為什麼都這麼驚訝?」派蒂問道。

「教授,那比一粒米小得多,大小更像一粒沙,」艾莉森·馬奇回答道。

「這真有趣,」派蒂心想,「而且時機正好。」

派蒂展示了一張關於火柴頭上被動元件的投影片,並讓學生們輪流透過放大鏡觀察一臺德魯伊智慧型手機的拆解樣本,以便他們能親眼看到這些被動元件有多麼微小。

尺寸逐漸變小的表面貼裝晶片元件置於紅色表面上,並標有「imperial」字樣。

班上花了一段時間才平靜下來。

帕蒂接著說:「在每支智慧型手機的電子組裝過程中,約有 200 至 500 個此尺寸的電容器和電阻,會被逐一放置並焊接上去。」

學生們都張大了嘴巴。

「好,讓我們來討論這些小傢伙與 SPC 之間的關聯。我們公司每年都會訂購數十億個這類電子元件。 在批准大宗訂單之前,供應商會先寄送一批樣品供我們審核。針對我們關注的這些元件,我們已經知道其平均長度為 0.6 毫米,3 西格瑪(標準差)公差範圍為 ±0.03 毫米。因此,下限規格為 0.57 毫米,上限規格為 0.63 毫米。這相當於 Cpk = 1.00,」派蒂接著說道。

派蒂展示了一張顯示相關數據的 PowerPoint 投影片。Minitab 並列圖表,展示非正態資料(原始資料與排序後資料)的 Cpk 值,以呈現能力狀況。

「左邊是該樣本批次的数据。問題出在哪裡?」派蒂問道。

查爾斯·帕森斯舉起了手。

「怎麼了,查爾斯?」派蒂問道。

「嗯,科爾曼博士,這組數據的標準差是 0.15,而計算出的 Cpk 值僅有 0.67,因此未能達到目標。」查爾斯回答道。

「正是如此,」派蒂回答道。

「我們隨後聯繫了供應商,要求他們解決這個問題。右邊的圖表是他們在聲稱已解決製造製程問題後,三週後寄給我們的電容器所測得的數據,」派蒂解釋道。

「你覺得呢?」派蒂問道。

現場一片竊竊私語。最後,德肖恩·馬丁舉起了手。

「怎麼了,德肖恩?」派蒂回應道。

「嗯,教授,看來他們只是重新調整了各部分的比例,讓 sigma 值降低,而 Cpk 值提高,」德肖恩回答道。

「正是如此,」派蒂說。

「我不明白分類有什麼不對,」珊迪·萊斯爾說道。

「從我剛才傳給大家看的 Druid 智慧型手機可以看出,它的元件佈局非常密集,內部幾乎沒有多餘空間。為了達到這種密度,我們必須進行公差分析,以確保所有元件都能妥善安裝。在所有這些分析中,我們都採用正態分佈進行建模。若改用排序分佈,很可能會出現更多公差干涉問題,」帕蒂回答道。

「請看那支紅色箭頭。這種尺寸的元件會過剩,而綠色箭頭所指的尺寸則會短缺。這些差異將會導致在被動元件將要組裝的印刷電路板上,與焊盤之間產生一些公差干涉,」派蒂接著說道。

「能再複習一下嗎?我們該如何判斷右邊的分布並非正態分布?」康納·史塔克問道。

“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.

派蒂正要結束這堂課時,有人舉起了手。

「怎麼了,娜塔莉?」派蒂問道。

「最後結果如何?」娜塔莉問道。

派蒂輕笑一聲,顯然她應該分享這次冒險的結果。

「哦,是的。雖然這些零件無法用於德魯伊智慧型手機,但用來組裝某些玩具倒是沒問題。此外,由於這些被動元件不符合規格,我們堅持要求打七折,」派蒂回答道。

當她正在收拾時,有兩名女學生走近派蒂。其中一位,賈斯汀·蘭德爾,代表兩人發言。

「科爾曼教授,您是我們的榜樣。我們希望二十年後能像您一樣,」賈斯汀動情地說道。

派蒂確實深受感動,但當她走出教室時,她決定自己必須開始染頭髮了。

乾杯

羅恩博士