Carte de pré-contrôle : Savoir quand régler. Et quand s’abstenir.
Pre-Control (pré-contrôle, ou carte de pré-contrôle) est une méthode simple de maîtrise des procédés : la tolérance est découpée en zones verte, jaune et rouge, et deux pièces consécutives indiquent à l’opérateur s’il faut continuer, régler ou arrêter. Mise au point chez Rath & Strong en 1954 et défendue par Dorian Shainin, la méthode ne demande aucune statistique dans l’atelier — juste un moyen de mesure, les règles et la possibilité de régler le procédé.
Qu’est-ce qu’une carte de pré-contrôle ?
Une carte de pré-contrôle représente la tolérance d’une caractéristique sous la forme de trois zones colorées et y reporte chaque mesure. Les zones viennent de la spécification, pas du procédé : le seul calcul consiste à diviser la tolérance en quarts.
Zone verte : continuer
La moitié centrale de la tolérance, centrée sur la cible. Un procédé capable y place la quasi-totalité de ses pièces.
Zones jaunes : un avertissement
Les quarts extérieurs de la tolérance, un de chaque côté. Les pièces y sont encore conformes, mais le procédé s’approche de sa limite.
Zones rouges : arrêter
Tout ce qui est hors spécification. Une seule mesure rouge arrête le procédé : il produit des pièces mauvaises, ou le réglage initial est incorrect.
Les tolérances unilatérales ont leur propre découpage — les quarts ci-dessus supposent une cible au milieu de la tolérance. Comment ? Demandez à un expert
Les règles du pré-contrôle
Pre-Control fonctionne en deux modes. Le réglage initial est d’abord validé par cinq pièces vertes consécutives ; la production est ensuite contrôlée par paires de pièces à intervalle fixe. Chaque combinaison a une seule action prescrite, si bien que deux opérateurs qui lisent les mêmes pièces prennent la même décision.
Règles de réglage initial : valider avant de produire
- Cinq vertes d’affiléeDémarrer la série et passer aux règles en production.
- Deux jaunes du même côtéRégler le procédé vers la cible, puis reprendre le comptage à zéro.
- Deux jaunes de côtés opposésArrêter et corriger : la dispersion est trop grande pour la tolérance. Retoucher le réglage n’y changera rien.
- Un seul rougeArrêter et corriger le procédé avant qu’il ne produise une autre pièce.
Règles en production : deux pièces par contrôle
- Première pièce verteContinuer. La deuxième pièce n’est même pas nécessaire.
- Première jaune, deuxième verteContinuer.
- Deux jaunes du même côtéRégler le procédé, puis revalider par cinq vertes.
- Deux jaunes de côtés opposésArrêter et corriger : la dispersion du procédé est devenue trop grande.
- Un seul rougeArrêter et corriger.
Après tout réglage ou toute correction, les règles de réglage initial s’appliquent de nouveau : cinq vertes d’affilée avant de reprendre la production.
À quelle fréquence prélever ?
Deux pièces à intervalle fixe. Une règle empirique courante fixe l’intervalle de façon à contrôler environ six paires entre deux réglages : assez souvent pour rattraper une dérive avant qu’elle n’atteigne une limite, assez rarement pour que la mesure ne gêne pas la production. Commencez par un intervalle prudent et allongez-le tant que la carte reste verte.
Pourquoi Pre-Control ne fonctionne que sur un procédé capable
Les zones sont fixées par la tolérance : la fréquence des signaux de Pre-Control dépend donc de la part de la tolérance que le procédé occupe. Sur un procédé centré sur la cible avec une capabilité Cp = 1,0, la plupart des mesures sont vertes, mais environ 2 % des paires signalent « Régler » ou « Arrêter » alors que rien n’a changé. À Cp = 1,33, ces faux signaux disparaissent presque, tandis qu’une vraie dérive est toujours détectée en quelques paires.
87 %des mesures tombent dans la zone verte quand un procédé de capabilité Cp = 1,0 est centré sur la cible
0,2 %des paires donnent un faux signal « Régler » ou « Arrêter » à Cp = 1,33 : environ deux pour mille
4paires, en moyenne, avant qu’une dérive d’un quart de la tolérance ne soit détectée à Cp = 1,33
Plus le procédé se tient loin des frontières des zones, plus Pre-Control reste silencieux, et plus tôt un vrai décalage pousse les mesures dans le jaune. C’est pourquoi il convient aux procédés capables qui dérivent, et pourquoi, sur un procédé à peine capable, il provoque du surajustement (tampering) : des réglages déclenchés par le bruit, qui ajoutent de la variation au lieu de la supprimer.
Calculé pour une loi normale ; Cp = (USL − LSL) / 6σ. Pre-Control ne donne aucune estimation de Cp ni de Cpk : établissez d’abord la capabilité.
Choisissez la capabilité et la dérive, et observez ce que dit une paire de pièces.
Répartition des mesures
- Vert
- Jaune
- Rouge
Ce que dit une paire de pièces
Continuer
Régler
Arrêter
Où Pre-Control a sa place, et où il ne l’a pas
Pre-Control ne trouve pas les causes et ne mesure pas la capabilité. Il part d’un procédé déjà capable qui ne fait que dériver, et il indique à l’opérateur quand intervenir. Dans la résolution de problèmes Red X® de Shainin, il vient après la découverte de la cause : une fois la cause dominante de la variation connue et sa tolérance fixée, un contrôle simple comme Pre-Control pérennise le gain dans l’atelier.
Vérifier d’abord le moyen de mesure
La mesure doit distinguer les zones. Si des mesures répétées de la même pièce tombent dans des zones différentes, la carte reflète le moyen de mesure, pas le procédé.
Découper les zones dans la tolérance
Le vert est la moitié centrale, les jaunes sont les quarts extérieurs, le rouge est au-delà des limites. Une tolérance unilatérale demande un autre découpage.
Valider, puis produire
Cinq vertes d’affilée valident un réglage ; ensuite, deux pièces par intervalle. Inscrivez sur la carte l’action de chaque combinaison, pour que personne n’ait à s’en souvenir.
Écouter les réglages
Si la carte réclame sans cesse des réglages, le procédé n’est pas assez capable pour sa tolérance : réduisez la variation, trouvez le Red X®, au lieu de régler plus souvent.
Pre-Control pérennise le gain ; il ne le crée pas. La réduction de la variation vient d’abord, d’une analyse des causes racines qui trouve et prouve la cause dominante.
Pre-Control et cartes de contrôle SPC
Pre-Control et les cartes de contrôle de Shewhart (SPC ou MSP) répondent à des questions différentes. Une carte de contrôle demande si le procédé est stable et utilise des limites calculées à partir des données du procédé ; Pre-Control demande si les pièces sont bien à l’intérieur de la tolérance et utilise des limites tirées de la spécification. Chaque outil a sa place.
| Méthode | Origine des limites | Échantillon | Idéale pour |
|---|---|---|---|
| Pre-Control | La tolérance : zones à ¼, ½ et ¼ | Cinq pièces pour valider, puis deux pièces par contrôle | Procédés capables qui dérivent, petites séries, contrôle par l’opérateur avec un minimum de formation |
| Carte X̄ et R | Les données du procédé : ±3σ des moyennes de sous-groupes | Sous-groupes de 3 à 5 pièces ; 20 à 25 sous-groupes pour fixer les limites | Détecter une perte de stabilité, étudier un procédé, grandes séries |
| Carte des valeurs individuelles (I-MR) | Les données du procédé : l’étendue mobile | Une pièce par contrôle | Procédés lents et mesures coûteuses |
| Calibre passe/passe pas | La tolérance | Chaque pièce, ou un échantillon | Trier les bonnes pièces des mauvaises ; aucun avertissement avant le premier défaut |
Dorian et Peter Shainin ont soutenu en 1989 que Pre-Control apporte une amélioration immédiate là où les cartes de contrôle n’apportent qu’un apprentissage lent ; des critiques comme Ledolter et Swersey (1997) ont répondu qu’il ne remplace pas les cartes de contrôle et provoque du surajustement sur les procédés peu capables. Les deux camps s’accordent sur un point : sa place est sur les procédés capables.
Exemple chiffré
Mettre en place une carte de pré-contrôle en cinq minutes
Un arbre tourné a une tolérance de diamètre de 20,00 ± 0,10 mm. L’intervalle de tolérance est de 0,20 mm, les zones sont donc découpées en quarts de 0,05 mm : vert de 19,95 à 20,05, jaune de 19,90 à 19,95 et de 20,05 à 20,10, rouge en dehors de 19,90–20,10. L’opérateur valide chaque réglage par cinq vertes, puis mesure deux arbres toutes les 30 minutes. Des mesures de 20,07 et 20,08, toutes deux dans la zone jaune supérieure, signifient : régler vers 20,00 et revalider. Des mesures de 19,93 et 20,07, deux jaunes opposés, signifient : arrêter, la dispersion est trop grande pour la tolérance.
0,05mm de large : chaque quart de la tolérance de 0,20 mm
19,95–20,05mm : la zone verte, centrée sur la cible de 20,00
Questions fréquentes sur la carte de pré-contrôle
Qu’est-ce qu’une carte de pré-contrôle ?
Une carte de pré-contrôle, aussi appelée carte feux tricolores, est une carte de maîtrise des procédés dont les zones sont découpées dans la tolérance : vert pour la moitié centrale, jaune pour les quarts extérieurs, rouge hors spécification. L’opérateur situe deux pièces consécutives par rapport aux zones pour décider s’il faut continuer, régler ou arrêter.
Comment fixer les limites de pré-contrôle ?
Divisez la tolérance en quarts. La zone verte est formée des deux quarts du milieu, soit 50 % de la tolérance centrés sur la cible ; chaque zone jaune est un quart extérieur ; les zones rouges se situent au-delà des limites de spécification. Aucune donnée du procédé n’est nécessaire : les limites viennent du plan.
Quelles sont les règles du pré-contrôle ?
Réglage initial : cinq pièces consécutives dans la zone verte valident le réglage ; deux jaunes du même côté signifient régler, deux jaunes de côtés opposés ou un seul rouge signifient arrêter et corriger. En production : mesurez deux pièces à chaque intervalle. Une première pièce verte, ou une jaune suivie d’une verte, signifie continuer ; deux jaunes du même côté signifient régler ; des jaunes opposés ou un seul rouge signifient arrêter. Après tout réglage, revalidez par cinq vertes.
Qui a inventé le pré-contrôle ?
Frank Satterthwaite, statisticien du cabinet de conseil Rath & Strong, l’a mis au point en 1954. Son collègue Dorian Shainin l’a porté dans les ateliers et l’a défendu pendant des décennies ; en 1989, Dorian et Peter Shainin ont soutenu dans Quality Engineering qu’il surpasse les cartes X̄ et R pour l’amélioration immédiate de la qualité.
Pre-Control ou SPC : quelle est la différence ?
Une carte de contrôle de Shewhart compare le procédé à lui-même : ses limites sont calculées à partir des données du procédé, et elle détecte une perte de maîtrise statistique. Pre-Control compare les pièces à la tolérance : ses limites viennent de la spécification, et il indique à l’opérateur quand régler. Les cartes de contrôle conviennent aux études de procédé et aux grandes séries ; Pre-Control convient aux procédés capables, aux petites séries et aux opérateurs sans formation statistique.
Quand ne faut-il pas utiliser le pré-contrôle ?
Quand le procédé n’est pas capable : en pratique, en dessous d’un Cp d’environ 1,3, les zones jaunes se remplissent de variation normale et les règles déclenchent des réglages qui ne font qu’ajouter de la variation, ce que l’on appelle le surajustement (tampering). Également quand vous avez besoin de comprendre le procédé plutôt que de le piloter, quand la sortie n’est pas une valeur mesurée, et avant que la capabilité ait été établie, car Pre-Control ne donne aucune estimation de Cp ni de Cpk.
À quelle fréquence prélever les échantillons ?
Deux pièces consécutives à intervalle fixe. Une règle empirique courante : choisissez l’intervalle de façon à contrôler environ six paires entre deux réglages du procédé, et allongez-le tant que la carte reste verte. Si la carte réclame sans cesse des réglages, le problème est la variation, pas l’intervalle.
Le pré-contrôle fonctionne-t-il avec des tolérances unilatérales ?
Oui, avec un autre découpage. Les quarts de la tolérance bilatérale supposent une cible au milieu de la tolérance, ce qu’une caractéristique unilatérale comme la planéité ou le faux-rond n’a pas. Découper les zones d’une tolérance unilatérale fait partie de ce qu’un expert Shainin met en place avec vous : parlez-en à un expert.
Le pré-contrôle est-il statistiquement valable ?
Ses zones supposent un procédé à peu près normal et centré sur la cible. Pour un tel procédé avec Cp = 1,0, environ 87 % des mesures sont vertes et environ 2 % des paires donnent un faux signal ; à Cp = 1,33, les faux signaux tombent à environ deux paires pour mille. Les revues académiques, Ledolter et Swersey (1997) et Steiner (1997), concluent qu’il fonctionne pour les procédés capables et les petits lots, et qu’il ne remplace pas les cartes de contrôle ailleurs.
Quelle est la place de Pre-Control dans la résolution de problèmes Red X® de Shainin ?
La dernière étape, pas la première. La résolution de problèmes Red X® trouve et prouve la cause dominante de la variation et fixe sa tolérance ; un contrôle simple comme Pre-Control maintient ensuite, dans l’atelier, l’entrée maîtrisée et la sortie Green Y® dans la zone verte. Si un procédé a encore besoin de réglages fréquents, la cause dominante n’est pas entièrement maîtrisée.
Sources (en anglais) : F. E. Satterthwaite, « A simple, effective process control method », rapport 54-1, Rath & Strong, 1954 ; D. Shainin et P. Shainin, « Pre-Control versus X̄ & R charting: continuous or immediate quality improvement? », Quality Engineering 1(4), 1989 ; J. Ledolter et A. Swersey, « An evaluation of pre-control », Journal of Quality Technology 29(2), 1997 ; S. H. Steiner, « Pre-control and some simple alternatives », Quality Engineering 10(1), 1997 ; Quality magazine, « Dorian Shainin’s influence on quality professionals, part IV », 2018.
Une variation que vous n’arrivez pas à garder dans le vert ?
Les experts Red X® de Shainin aident les industriels à trouver la cause dominante de la variation — et à pérenniser le gain dans l’atelier.