La Maîtrise Statistique des Processus (SPC) est une méthode de surveillance et de contrôle d'un processus de fabrication par les données. Au lieu d'inspecter la qualité à la fin, le SPC suit les mesures en continu pour détecter les problèmes quand ils sont encore corrigeables. L'idée centrale : tout processus a de la variation, et le SPC vous aide à distinguer le bruit normal d'un changement réel.
Cause commune vs cause spéciale
Tout processus de fabrication produit de la variation. Le SPC la divise en deux types.
La variation de cause commune est inhérente au processus. Bruit d'instrument, légères différences de matériaux, fluctuations de température ambiante. Elle est aléatoire, stable et prévisible dans une plage. On ne peut l'éliminer sans changer fondamentalement le processus.
La variation de cause spéciale est quelque chose de nouveau. Un étalonnage a dérivé, un lot de composants a changé, une pointe de montage s'est tordue. Elle n'est pas aléatoire et signale que le processus a changé. Les outils SPC sont conçus pour la détecter.
L'objectif n'est pas zéro variation. C'est savoir quel type vous observez pour prendre la bonne action. Ajuster un processus en réponse à une cause commune (surréagir au bruit) aggrave les choses.
La boîte à outils SPC
Le SPC a un petit ensemble d'outils. Chacun répond à une question différente.
| Outil | Question | À surveiller |
|---|---|---|
| Carte de contrôle | Le processus est-il stable ? | Points hors limites, patterns, tendances |
| Histogramme | Quelle est la forme de la distribution ? | Forme, centrage, dispersion par rapport aux specs |
| Indices de capabilité (Cp, Cpk) | Le processus peut-il tenir les specs court terme ? | Valeurs > 1,33 |
| Indices de performance (Pp, Ppk) | Le processus peut-il tenir les specs long terme ? | Valeurs proches de Cp/Cpk |
| Tendance Cpk | La capabilité s'améliore ou se dégrade ? | Changements de direction soutenus |
Ces outils fonctionnent ensemble. La carte de contrôle dit que le processus a changé. L'histogramme montre comment la distribution a évolué. Les indices de capabilité quantifient si les specs sont encore tenues.
Cartes de contrôle
Une carte de contrôle trace les valeurs de mesure dans le temps par rapport à trois lignes : ligne centrale (moyenne), limite de contrôle supérieure (LCS) et inférieure (LCI). Les limites sont calculées à ±3σ de la moyenne.
Les points à l'intérieur des limites signifient un comportement normal. Signaux de changement :
- Un point au-delà de LCS ou LCI
- Sept points consécutifs du même côté de la ligne centrale
- Six points consécutifs dans la même direction
- Patterns alternés haut-bas (possible problème de système de mesure)
Les limites de contrôle ne sont pas les limites de spécification. Les limites de spécification (LSS/LSI) viennent des exigences produit. Les limites de contrôle viennent des données. Un processus peut être sous contrôle mais hors spec, ou dans les specs mais hors contrôle.
Histogrammes
Un histogramme regroupe les valeurs en classes et montre combien tombent dans chacune. Superposé avec une courbe normale et les limites de spécification, il révèle la forme et la position du processus.
| Forme | Signification |
|---|---|
| Normale (cloche) | Processus prévisible. Variation aléatoire. |
| Asymétrique | Dérive unilatérale. Vérifier contrainte physique ou tolérance asymétrique. |
| Bimodale (deux pics) | Deux populations mélangées. Causes possibles : deux stations, deux lots, deux opérateurs. |
| Tronquée | Les pièces à la limite sont filtrées ou la spec agit comme un mur. |
| Plate (uniforme) | Processus non contrôlé. Quelque chose varie largement. |
TofuPilot affiche les histogrammes à côté des cartes de contrôle. La courbe normale et les limites apparaissent automatiquement.
Indices de capabilité
Les indices réduisent le processus à un nombre : "peut-on tenir les specs ?"
Court terme (famille Cp) : Utilise σ échantillon (diviseur n-1).
- Cp = (USL - LSL) / 6σ. Part de la fenêtre de spécification utilisée.
- Cpk = min(Cpu, Cpl). Adéquation aux specs, centrage inclus.
- Cpu = (USL - X̄) / 3σ. Distance moyenne-limite supérieure.
- Cpl = (X̄ - LSL) / 3σ. Distance moyenne-limite inférieure.
Long terme (famille Pp) : Utilise σo global (diviseur n). Mêmes formules, σ différent.
- Pp, Ppk, Ppu, Ppl
Quand Cpk et Ppk sont proches, le processus est stable. Quand Ppk est inférieur, il y a une variation cachée inter-lots. TofuPilot affiche les deux familles côte à côte dans l'onglet Capabilité.
Configurer le SPC dans TofuPilot
Le SPC commence par des mesures bien définies avec des limites. Écrivez vos tests avec des limites explicites.
import openhtf as htf
from openhtf.util import units
from tofupilot.openhtf import TofuPilot
@htf.measures(
htf.Measurement("supply_voltage")
.in_range(minimum=4.75, maximum=5.25)
.with_units(units.VOLT),
htf.Measurement("current_draw")
.in_range(minimum=0.090, maximum=0.110)
.with_units(units.AMPERE),
htf.Measurement("frequency")
.in_range(minimum=999.5, maximum=1000.5)
.with_units(units.HERTZ),
)
def functional_check(test):
test.measurements.supply_voltage = 5.02
test.measurements.current_draw = 0.098
test.measurements.frequency = 1000.1
def main():
test = htf.Test(functional_check)
with TofuPilot(test):
test.execute(test_start=lambda: "PCB-0001")
if __name__ == "__main__":
main()Après 30+ exécutions, ouvrez la page Contrôle de Processus. Sélectionnez une mesure pour voir la carte de contrôle, l'histogramme et les indices de capabilité. La vue d'ensemble des mesures classe tout par nombre d'échecs, taux d'échec ou Cpk pour se concentrer sur les plus critiques.
Quand agir
| Signal | Signification | Réponse |
|---|---|---|
| Point hors LCS/LCI | Cause spéciale | Investiguer immédiatement. Lot, étalonnage, opérateur. |
| 7 points même côté de la moyenne | Processus décalé | Vérifier étalonnage, lot, environnement. |
| Cpk en baisse sur des jours | Capabilité se dégrade | Investiguer la source de dérive. |
| Cpk < 1,0 | Non capable | Réduire σ ou élargir les specs (si justifié). |
| Cpk >> Ppk | Court terme ok, long terme non | Variation inter-lots. Investiguer lot, opérateur, environnement. |
| Cp >> Cpk | Capable mais décentré | Recentrer. Étalonnage ou ajustement de recette. |
| Histogramme bimodal | Deux populations | Séparer par station, opérateur ou lot. Corriger la source. |
Ce que le SPC ne dit pas
Le SPC détecte qu'un changement s'est produit. Il ne dit pas pourquoi. Quand une carte de contrôle signale une cause spéciale, il faut encore investiguer : journal opérateur, lot de composants, inspection du montage, données environnementales. Le SPC réduit la zone de recherche. La connaissance du domaine finit le travail.