Process Window Index

Process Window Index ( PWI ) är ett statistiskt mått som kvantifierar robustheten hos en tillverkningsprocess, t.ex. en som involverar uppvärmning och kylning, känd som en termisk process. Inom tillverkningsindustrin används PWI-värden för att kalibrera uppvärmning och kylning av lödningsjobb (känd som en termisk profil) medan de bakas i en återflödesugn .

PWI mäter hur väl en process passar in i en användardefinierad processgräns som kallas specifikationsgränsen. Specifikationsgränsen är den tillåtna toleransen för processen och kan bestämmas statistiskt. Industriellt är dessa specifikationsgränser kända som processfönstret och värden som plottas inuti eller utanför detta fönster kallas processfönsterindex.

Med hjälp av PWI-värden kan processer noggrant mätas, analyseras, jämföras och spåras på samma nivå av statistisk processkontroll och kvalitetskontroll som är tillgänglig för andra tillverkningsprocesser.

Statistisk processtyrning

Processförmåga är förmågan hos en process att producera produktion inom specificerade gränser . För att hjälpa till att avgöra om en tillverknings- eller affärsprocess är i ett tillstånd av statistisk kontroll, använder processingenjörer kontrolldiagram , som hjälper till att förutsäga processens framtida prestanda baserat på den aktuella processen.

Process Window Index för en termisk process. Gröna blurbs anger att PWI:erna ligger inom specifikationen, rött visar utanför specifikation.

För att hjälpa till att bestämma förmågan hos en process, ritas statistiskt bestämda övre och nedre gränser på vardera sidan av ett processmedelvärde på kontrolldiagrammet. Kontrollgränserna är inställda på tre standardavvikelser på vardera sidan av processmedelvärdet och är kända som övre kontrollgräns (UCL) respektive nedre kontrollgräns (LCL). Om processdata som plottas på kontrolldiagrammet håller sig inom kontrollgränserna under en längre period, sägs processen vara stabil.

De toleransvärden som anges av slutanvändaren kallas specifikationsgränser – den övre specifikationsgränsen (USL) respektive den nedre specifikationsgränsen (LSL). Om processdata som plottas på ett kontrolldiagram förblir inom dessa specifikationsgränser, anses processen vara en kapabel process, betecknad med ${\hat {C}}_{pk}$ .

Tillverkningsindustrin har utvecklat anpassade specifikationsgränser som kallas Process Windows. Inom detta processfönster plottas värden. Värdena i förhållande till fönstrets processmedelvärde är kända som Process Window Index. Genom att använda PWI-värden kan processer noggrant mätas, analyseras, jämföras och spåras på samma nivå av statistisk processkontroll och kvalitetskontroll som är tillgänglig för andra tillverkningsprocesser.

Kontrollgränser

Kontrollgränser , även kända som naturliga processgränser , är horisontella linjer ritade på ett statistiskt processkontrolldiagram , vanligtvis på ett avstånd av ±3 standardavvikelser av den plottade statistikens medelvärde , som används för att bedöma stabiliteten i en process.

Kontrollgränser ska inte förväxlas med toleransgränser eller specifikationer, som är helt oberoende av fördelningen av den plottade provstatistiken. Kontrollgränser beskriver vad en process är kapabel att producera (ibland kallad "processens röst"), medan toleranser och specifikationer beskriver hur produkten ska prestera för att möta kundens förväntningar (kallad "kundens röst" ).

Använda sig av

Se även: Kontrolldiagram

Kontrollgränser används för att detektera signaler i processdata som indikerar att en process inte är under kontroll och därför inte fungerar förutsägbart. Ett värde som överstiger kontrollgränsen indikerar att en speciell orsak påverkar processen.

För att detektera signaler kan en av flera regeluppsättningar användas ( Kontrolldiagram § Regler för detektering av signaler) . En specifikation beskriver att en signal definieras som en enskild punkt utanför kontrollgränserna. En process anses också vara utom kontroll om det finns sju på varandra följande punkter, fortfarande inom kontrollgränserna men på ena sidan av medelvärdet.

För normalfördelad statistik kommer området inom parentes av kontrollgränserna i genomsnitt att innehålla 99,73 % av alla plottpunkter på diagrammet, så länge processen är och förblir i statistisk kontroll. En falskdetekteringsgrad på minst 0,27 % förväntas därför.

Det är ofta inte känt om en viss process genererar data som överensstämmer med vissa fördelningar, men Chebyshevs ojämlikhet och Vysochanskij-Petunin-ojämlikheten tillåter slutsatsen att för varje unimodal fördelning kommer minst 95 % av data att inkapslas av gränser placerade vid 3 sigma.

PWI inom elektroniktillverkning

Huvudartikel: Återflödeslödning

En grafisk representation av Process Window Index för en termisk profil

Ett exempel på en process där PWI-konceptet kan tillämpas är lödning. Vid lödning är en termisk profil uppsättningen av tids-temperaturvärden för en mängd olika processer såsom lutning, termisk blötläggning, återflöde och topp.

Varje termisk profil rankas efter hur den passar i ett processfönster (specifikationen eller toleransgränsen). Råtemperaturvärden är normaliserade i procent i förhållande till både processmedelvärde och fönstergränser. Processfönstrets mitt definieras som noll, och processfönstrets ytterkanter är ±99 %. En PWI större än eller lika med 100 % indikerar att profilen inte behandlar produkten enligt specifikationen. En PWI på 99 % indikerar att profilen löper vid kanten av processfönstret. Till exempel, om processmedelvärdet är inställt på 200 °C, med processfönstret kalibrerat till 180 °C respektive 220 °C; sedan översätts ett uppmätt värde på 188 °C till ett processfönsterindex på -60 %. Ett lägre PWI-värde indikerar en mer robust profil. För maximal effektivitet beräknas separata PWI-värden för topp-, lutning-, återflödes- och blötläggningsprocesser för en termisk profil.

För att undvika att termisk chock påverkar produktionen, bestäms och utjämnas den brantaste lutningen i den termiska profilen. Tillverkare använder specialbyggd programvara för att exakt bestämma och minska lutningens branthet. Dessutom omkalibrerar programvaran också automatiskt PWI-värdena för topp-, lutning-, återflödes- och blötläggningsprocesser. Genom att ställa in PWI-värden kan ingenjörer säkerställa att återflödeslödningsarbetet inte överhettas eller svalnar för snabbt.

Formel

Exempel på ett Process Window Index för topp-, soak- och lutningvärden

Process Window Index beräknas som det värsta fallet (dvs högsta siffran) i uppsättningen av termiska profildata. För varje profilstatistik beräknas procentandelen som används för respektive processfönster, och det värsta fallet (dvs högsta procentandelen) är PWI.

Till exempel skulle en termisk profil med tre termoelement , med fyra profilstatistik loggade för varje termoelement, ha en uppsättning av tolv statistik för den termiska profilen. I detta fall skulle PWI vara det högsta värdet bland de tolv procenten av respektive processfönster.

Formeln för att beräkna PWI är:

${\text{PWI}}=100\ gånger \max _{i=1\dots N \atop j=1\dots M}\left\{\left|{\frac {{\text{uppmätt värde}}_{[i,j]}-{\text{genomsnittsgränser}}_{[i,j]}}{{\text{intervall}}_{[i,j]}/2}}\ höger|\right\}$

var:

i = 1 till N (antal termoelement)

j = 1 till M (antal statistik per termoelement)

uppmätt [ i , j ] = medelvärdet av de höga och låga (specificerade) gränserna för [ i , j' ] : ^e statistikområdet

värde [ i , j ] = den [ i , j ] : ^e statistikens uppmätta värde medelgränser

[ i , j ] = den övre gränsen minus den nedre gränsen för den [ i , j ] ^:e statistiken

Se även

• Acceptabel kvalitetsgräns
• Kontrolldiagram § Sjökortsdetaljer
• Återflödeslödning
• Våglödning