【編者按】:欲了解一門學問,先了解它的歷史。現代質量管理發展的歷史雖然不長,但卻是群星內爍、熠熠生輝,而這正是我們中國所欠缺的。本周起,筆者將在本號連續發表一系列有關質量管理歷史的原創文章,每周1~2篇,以饗讀者,同時也作為對自己學習、進步的鞭策。內容上如有不妥甚至謬誤之處,還請各位大俠批評、指正。謝謝!
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休哈特,全名沃特·阿曼德·休哈特(Walter A. Shewhart),是現代質量管理的奠基者,美國工程師、統計學家、管理諮詢顧問,被人們尊稱為「統計質量控制(SQC)之父」。
休哈特1891年3月18日出生於美國伊利諾州新坎頓市(New Canton);1917 獲得加州大學伯克利分校物理學博士學位;1918至1924年在西方電氣公司(Western Electric)任工程師;1925至1956年在貝爾試驗室任研究員,期間曾先後到英國倫敦大學、斯帝文理工學院、美國農業部研究生院和印度等地講學。
說起西方電氣公司(Western Electric)和貝爾試驗室,在質量管理發展史上亦值得大書特書。但為行文條理起見,在此先按下不表,留待後面作專文介紹。
說起休哈特,就不能不說他的控制圖(Control Chart),而要理解統計圖的設計原理,則要先理解變異(Variation)這一現象。
自然界當中充滿了變異。一棵梨樹上沒有兩片完全相同的葉子,更沒有兩個完全相同的梨子。為什麼會出現這種現象呢?因為即便是同樣品種的梨樹,在生長、開花、結果的過程中,也會受到種種外界因素的幹擾,最後結出的梨子也不是完全一樣的。同自然界一樣,工業界當中也充滿了變異。兩個看起來一樣長的螺絲釘,用千分尺一量,長度卻不盡相同;兩輛同樣型號的新出產的汽車,如果進行油耗測試,則很難得出同樣的數據。為什麼?因加工螺絲釘的機器在運行過程當中會受到原材料、電壓、溫度等各種因素的影響;車子經過組裝後最終的性能會不完全相同,甚至測量的條件都很難保證恆定不變(只能保證大體上相同)。
這樣說來,我們難道都沒辦法控制質量特性了嗎?那還要「質量管理」做什麼?且慢,「不完全相同」不等於說完全不同。對同一條件下生長出來的果子或同一條件下生產出來的產品,它們的質量特性還是有規律的,這種規律就叫做分布(Distribution)。不管在自然界還是在工業界,一種最常見的分布就是正態分布(Normal Distribution)。從實物的不同規格到理論的分布描述是一個逐步抽象的過程,其示意圖如下:
正態分布有兩個重要特性:一個是均值μ(讀作Miu),一個是標準差σ(讀作Sigma)。前者表示分布的位置,後者表示分布的散度。兩者對分布的影響可從下圖看出:
正態分布的這兩種特性剛好可以用來描述農產品或工業品的很多質量特性:前者表示產品均值的大小,後者表示產品參次不齊的程度。幾乎整個統計質量控制(SQC)和六西格瑪管理都是在正態分布的這種特性上演繹、發展起來的。作為消費者或使用者,特別是工業品的使用者,我們當然希望我們所買到的東西是均值符合要求、且變化幅度越小越好的,即所謂的質量穩定、可靠、一致。
休哈特不是變異現象的第一個觀察者,也不是正態分布的第一個發現者,但卻是「兩種質量因素/兩種變異」理論的最早提出者。所謂「兩種質量因素」是指「偶然因素」和「異常因素」。前者指在現有的條件下無法控制或難以控制的因素(Random Causes);無數個偶然因素的存在,使一個過程的輸出在整體上表現出一定的規律性。後者是超出偶然因素的、大的系統性因素,是可以查找的;如果控制得當,是完全可以避免或消除的(Attributable Causes)。因為異常因素的出現,使過程輸出的規律性受到破壞,果樹結出過大或過小的果子,生產線產出不良品。只有偶然因素存在的狀態稱為「受控狀態」,出現了異常因素的狀態稱為「失控狀態」。質量管理或質量控制就是要讓生產或經營過程儘可能處於受控狀態,具備穩定地生產高質量產品的能力,而不只是使已產出的產品規格、外觀上符合要求。這是質量管理或質量控制的真義。
說到這裡,可能會有讀者朋友說,偶然因素和異常因素應該只是相對而言吧?是的,只是相對而言。但二者到底該如何劃分呢?為了區分偶然因素和異常因素,休哈特博士提出了著名的「3σ原則」,因為他發現,在正態分布中,距離均值+/-3σ的範圍內包含了一個分布中的大部分個體,如圖所示:
單純的分布圖雖然有用,但從中只能靜態地看出一堆產品的大致分布狀況,無法看出生產它的過程隨著時間變化的情況。為了解決這一問題,以「3σ原則」為基礎,休哈特博士於1924年設計出了世界上第一張控制圖,其大致樣子如下(後人所繪,休氏原圖已不易查找):
細心的讀者會發現,所謂控制圖就是將正態分布圖向左旋轉90度,然後在右手邊畫出中心線,並在上、下距中心線各3σ遠的地方加上控制限而成的!是這樣的。利用這張圖或這個框架,在生產線上定時進行抽樣、測量、打點、作圖,就可以形象地看出生產線的運行狀態,再結合一定的判定規則,適時採取必要的措施,就能起到對質量過程的控制作用。【注意:上圖中,在控制限之外還有兩個規格限。控制限和規格限是不同的。前者是由過程的實測值算出來的,後者是客戶給定的或工程部門設定的;前者是活的,後者相對是死的!】
在首張控制圖及一系列論文的基礎上,休哈特博士於1931年出版了他的最重要著作:《製成品質量的經濟控制》(Economic Control of Quality of Manufactured Product)。這本書的出版標誌著現代質量管理理論的誕生!該書英文原版在網上可以找得到,雖是80多年前的著作,但今天讀來仍覺得切合時弊、歷久彌新,感興趣的讀者可以搜一搜、讀一讀。
後人在休哈特控制圖的基礎上又設計出了一系列功能更強大、也更複雜的控制圖,如累積和控制圖(CUSUM)、移動指數加權平均控制圖(EWMA)等。但休氏控制圖始終是各種控制圖的基礎,也是最經典、使用最廣泛的控制圖。
休哈特的統計質量控制思想博大精深,但卻不那麼好理解,故在質量管理界,休哈特似沒有戴明出名。PDCA(原名PDSA,即「Plan-Do-Study-Action」)原本是休哈特最先提出來的(連戴明都承認PDCA應該叫「休哈特環」),但因戴明的推廣而廣為人知,故常被稱為「戴明環」。戴明是休哈特在貝爾實驗室的同事和追隨者,因年齡較小且在學術上有一定的傳承關係,故依我們中國人的習慣,可以說戴明是休哈特的「學生」。
關於戴明,我們下一篇作專文介紹。
(本文完)
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