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案例分享(二十七):为什么对Cp和Cpk取平均值或相加是错误的?

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2023年 6月 23日

故事背景:

菲尔指出了AXI实际正常运行时间仅为9.8%,并解释造成这一结果的原因。随后制定了相应的改进计划,得到了弗雷德、鲍勃和其他员工的积极响应。最终,产线正常运行时间提高到了21%,后来又稳步增长到25%以上。卡尔兑现了50%加薪的承诺。AXI的员工还获得与正常运行时间挂钩的绩效奖金……

帕蒂正在与工程部门合作攻关一个新项目,这个项目的主要挑战是有许多01005和间距30mil CSP元件,需要精确控制锡膏量。锡膏量太少会影响焊接强度,太多则会带来桥接的问题,差异过大可能会导致“立碑”。因此,解决这个问题的关键就是要保证锡膏印刷工艺的精确、精准和可控。帕蒂的经验是锡膏在500次印刷中将锡膏体积上限和下限设定在140%和60%所得到的Cp(过程能力指数)和Cpk(过程能力K指数)大于1.5。

帕蒂接到采购部的电话,说XLK公司发布一款Cp和Cpk可以大于3的新锡膏,印刷测试条件恰与新项目中要求相同。帕蒂对此抱有疑虑,但还是翻开了报告。当看到报告的作者是莫特·比特勒时,不由自主地叹了口气。帕蒂认识莫特,也听过几次他的报告。莫特似乎习惯“美化”数据,使XLK公司的锡膏看起来比实际更好。她把莫特的报告丢到一旁,抽身去参加项目推进会,估计到时少不了对这个“新突破”进行讨论。

果然不出所料,会议一开始,工程部副总托德•汉密尔顿就提到这件事。“我看到了XLK的新数据,印刷Cpk为3.72。我们应该在新项目上直接使用这款锡膏,”托德几乎是用命令的口吻说道。

“等一下,”帕蒂回应说,“使用哪种锡膏应该由我的团队来决定。”
托德反驳道:“但你的团队已经失职了。不然怎么会对这么优质的锡膏视而不见呢?”
帕蒂回应道:“事实上我们一直在评估XLK的锡膏,但他们的产品一直都有各种各样的问题”。
“这个世界是不断在变化的,接受现实吧,科尔曼。这个项目太重要了,不容有误”。托德提高了嗓门。

帕蒂真的很生气。没错,从技术上而言,托德是她的上司,但帕蒂觉得他的态度和言语不太友好。用姓氏称呼自己的做法甚至带有一点儿侮辱性。

“我明天会去XLK查看他们的数据,”帕蒂回应道,她的声音因为生气而带有一丝颤抖。
会后,帕蒂平复一下心情。然后打电话约莫特·比特勒第二天见面。
帕蒂挂断电话,抬头发现皮特站在门口,快乐的向她打招呼:“嘿,孩子,最近怎么样?”
“你觉得呢?刚才的会你也参加了。汉密尔顿觉得我们一无是处。”帕蒂平静地回答。
“有什么我能帮忙的吗?”皮特问道。
“明天跟我一起去XLK吧。多一个人多一双眼睛。”帕蒂脸上恢复了笑容。
幸运的是XLK公司并不远,只在帕蒂新罕布什尔州办公室以南120英里。

在过去的一年里,皮特几乎成了她最好的朋友。他们在去XLK的旅途中一直都用西班牙语交流,锻炼口语水平。帕蒂也试着教皮特一些普通话,但进展缓慢。在用西班牙语讨论了2小时的美国职业高尔夫巡回赛及老虎·伍兹的表现之后,他们来到了XLK,莫特已经在等他们了。

莫特45岁,有一口浓重的波士顿口音。他给人的第一印象是:这是一个知识渊博的人——但这只是对知识不那么丰富的人而言。

在一番寒暄过后,帕蒂要求查看原始测试数据。
“帕蒂,我已经给出计算结果了。你还要原始数据做什么?”莫特问道。
“因为教授总是要求我‘去看原始数据’,通常可以从原始数据中找出计算结果没有显示的东西,”帕蒂不动声色地回答道。
“好吧,要不稍等一会儿?让我先介绍一下我们是如何获得这些数据的。”莫特有点儿闪烁其词。

帕蒂和莫特去了印刷实验室,她注意到皮特没有跟过来。
在查看了印刷工艺后,帕蒂提出她想要跟皮特先单独聊下。当然,她得先找到皮特。
最后,帕蒂和莫特在休息室找到了皮特。
帕蒂说:“皮特,我们先谈一下。”
莫特见此情景,就推说去办公室回复电子邮件,并约好30分钟后再会面。
“皮特,你跑去哪里了?你不会去捅了什么娄子吧?”帕蒂怪道。
“怎么会呢?”皮特难为情地回答道,又继续说道。
“我找了收集数据的人——贝丝·汤普森。她告诉我,他们的结果取的是Cpk的平均值。”
“又来!”帕蒂有些生气,“我们上周刚刚和一家供应商讨论过这个问题。他们什么时候才能知道Cpk取平均值是错的呢?”

30分钟后,帕蒂和皮特到了莫特的办公室。三人约好一起去吃午饭。
点完餐后,帕蒂问道:“莫特,你对Cpk取平均值这种做法怎么看?”
莫特身体微微一颤,显示不安的表情。半晌才开口说道:“在我看来应该是可以取。这就像是高尔夫比赛中取平均分一样,两者没什么差别。”
帕蒂接着问:“那么,对于Cpk计算公式中标准差的非线性特征,你怎么看?”

莫特一脸茫然,似乎对此一无所知。
帕蒂继续说道,“如果有两组数据,分别计算Cpk再求平均值;与把两组数据合并之后再求Cpk,得到的结果是不同的。原因是标准差是非线性的。同样,把Cpk相加做法也是错误的。”不给莫特思考时间,帕蒂接着马上问道:“你是不是对Cpk求平均了?”

“是的,”莫特被看穿心思,不情愿地回答。
帕蒂不动声色地说:“午餐后,把原始数据给我们看看吧”。
帕蒂的观点得到了印证。莫特一共做了5组实验,每组印刷100块测试板,前4组Cpk在1.2至1.3之间,但第5组是15.56。5组Cpk取平均为3.73。帕蒂把所有数据放在一起用Minitab计算的,Cpk为1.58。

重新计算的Cp和Cpk在上表的最下面一行。
“即使Cpk1.58也已经相当不错了,”莫特辩解道。
“从数据上看,第5组数据可能有问题,与前4组的数据相差很大。我们现在去实验室印刷100块板子,看看是否能重现第5次的结果。”帕蒂坚持道。
很快搜集到了100块板子的数据,计算出的Cpk为1.28。从实验室出来,皮特神秘地在帕蒂耳边低声说,他有重要的情报要和她分享。
拿到所有数据,又与莫特寒暄几句之后。帕蒂和皮特驾车离开了XLK公司。

“有什么重要情报?”她用西班牙语问皮特。
“你和莫特收集数据时,我又去了贝丝那儿。她告诉我,莫特让她在第五次实验时印刷了150块板子,计算Cpk时他删除了离平均值最远的50个数据。这才得到异乎寻常高的Cpk,莫特小伎俩被你一眼看穿了。”皮特笑着说。
“这里面数据足以向托德证明,锡膏选择还是应该由我们说了算。”帕蒂拍着旁边的电脑说道。

后续还会有哪些精彩故事呢?敬请期待下集《案例分享(二十八):如何提高QFN元件焊接可靠性