プリコントロール・チャート(Pre-Control): いつ調整すべきで、いつ調整すべきでないかを知る。
Pre-Control(プリコントロール)は、シンプルな工程管理の手法です。公差を緑・黄・赤のゾーンに分割し、連続する2個の部品を測って、そのまま続けるか、調整するか、停止するかを作業者に教えます。1954年にRath & Strong社で開発され、ドリアン・シャイニン(Dorian Shainin)が普及に力を注いだこの手法は、現場で統計を必要としません。必要なのは測定器とルール、そして工程を調整できることだけです。
プリコントロール・チャートとは何か?
プリコントロール・チャートは、ある特性の公差を3色のゾーンとして描き、各測定値をそのゾーンに照らしてプロットします。ゾーンは工程ではなく規格から決まるため、必要な計算は公差を4等分することだけです。
緑ゾーン:そのまま続ける
目標値を中心とする、公差の中央半分です。工程能力が十分な工程では、ほぼすべての部品がここに入ります。
黄ゾーン:警告
公差の両端にある4分の1ずつの区分です。ここに入る部品はまだ規格内ですが、工程は限界に近づいています。
赤ゾーン:停止
規格の外側すべてです。赤の測定値が1個でも出れば工程を停止します。不良品を作っているか、段取りが間違っているからです。
片側公差には専用のゾーン分割があります——上記の4等分は、公差の中央に目標値があることを前提としています。その方法は?専門家に相談する
プリコントロールのルール
Pre-Controlには二つのモードがあります。まず、連続する5個の緑の部品で段取りを確認し、その後は一定の間隔で2個ずつ部品を測って生産を確認します。パターンごとに取るべき処置が一つに決まっているため、同じ部品を読んだ二人の作業者は同じ判断を下します。
段取りのルール:生産を始める前に確認する
- 緑が5個連続生産を開始し、生産中のルールに切り替えます。
- 同じ側に黄が2個工程を目標値の方向へ調整し、数え直します。
- 両側に黄が1個ずつ停止して修正します。ばらつきが公差に対して大きすぎるため、設定を調整しても解決しません。
- 赤が1個でも次の部品を作る前に、工程を停止して修正します。
生産中のルール:1回の確認につき2個
- 1個目が緑継続します。2個目を測る必要すらありません。
- 1個目が黄、2個目が緑継続します。
- 同じ側に黄が2個工程を調整し、緑5個で段取りを再確認します。
- 両側に黄が1個ずつ停止して修正します。工程のばらつきが大きくなりすぎています。
- 赤が1個でも停止して修正します。
調整や修正の後は、再び段取りのルールが適用されます。緑が5個連続してから、生産を再開します。
サンプリングの頻度
一定の間隔で2個ずつ測定します。よく使われる経験則は、調整から次の調整までの間におよそ6組を確認できるように間隔を決めることです。ドリフトが規格限界に達する前に捉えられる程度に頻繁で、測定が生産の妨げにならない程度にまばらな頻度です。まずは短めの間隔から始め、チャートが緑を保つにつれて間隔を延ばしていきます。
Pre-Controlが工程能力の十分な工程でしか機能しない理由
ゾーンは公差によって固定されているため、Pre-Controlがどれくらいの頻度で信号を出すかは、工程が公差のどれだけを使っているかで決まります。目標値どおりに稼働している工程能力Cp = 1.0の工程では、ほとんどの測定値が緑になりますが、何も変わっていないのに約2%の組が「調整」または「停止」の信号を出します。Cp = 1.33ではこうした誤信号はほぼ消え、一方で本当のドリフトは数組のうちに捉えられます。
87%Cp = 1.0の工程が目標値どおりに稼働しているときに、緑ゾーンに入る測定値の割合
0.2%Cp = 1.33で「調整」または「停止」の誤信号を出す組の割合:およそ1,000組に2組
4組:Cp = 1.33で、公差の4分の1のドリフトを捉えるまでにかかる平均の組数
工程がゾーンの境界から離れているほど、Pre-Controlは静かなままで、本当の変化が起きたときにはより早く測定値が黄に押し出されます。だからこそ、Pre-Controlはドリフトする工程能力の十分な工程に向いており、工程能力がぎりぎりの工程では過剰調整(タンパリング)を引き起こします。ノイズに反応した調整が、ばらつきを減らすどころか増やしてしまうのです。
正規分布を仮定して計算。Cp = (USL − LSL) / 6σ。Pre-ControlはCpやCpkの推定値を与えません。まず工程能力を確認してください。
工程能力とドリフトを設定して、2個の部品が何を示すかを見てください。
測定値の割合
- 緑
- 黄
- 赤
2個の部品が示す判定
継続
調整
停止
Pre-Controlが適する場面、適さない場面
Pre-Controlは原因を見つけるものでも、工程能力を測るものでもありません。すでに十分な能力があり、ただドリフトするだけの工程を出発点とし、作業者にいつ調整の手を入れるべきかを教えます。シャイニンのRed X®問題解決では、Pre-Controlは原因が見つかった後に登場します。ばらつきの支配的な原因が判明し、その公差が定まれば、Pre-Controlのようなシンプルな管理方法が現場で成果を維持します。
まず測定器を確認する
測定はゾーンを区別できなければなりません。同じ部品を繰り返し測って異なるゾーンに入るなら、チャートが読んでいるのは工程ではなく測定器です。
公差からゾーンを切り出す
中央の半分が緑、両端の4分の1ずつが黄、規格限界の外側が赤です。片側公差には別の分割が必要です。
確認してから生産する
緑が5個連続すれば段取りは確認済みです。その後は間隔ごとに2個ずつ測ります。パターンごとの処置をチャートに書いておけば、誰も覚えておく必要がありません。
調整の声に耳を傾ける
チャートが調整を求め続けるなら、工程能力がその公差に対して不足しています。調整の回数を増やすのではなく、ばらつきを減らし、Red X®を見つけてください。
Pre-Controlは成果を維持するものであり、成果を生み出すものではありません。まず先にあるのは、支配的な原因を特定し、証明する根本原因分析によるばらつきの低減です。
Pre-ControlとSPC管理図の比較
Pre-Controlとシューハート管理図は、異なる問いに答えるものです。管理図は工程が安定しているかを問い、工程データから計算した限界線を使います。Pre-Controlは部品が公差の中に安全に収まっているかを問い、規格から取った限界を使います。それぞれに適した場面があります。
| 手法 | 限界の由来 | サンプル | 適した対象 |
|---|---|---|---|
| Pre-Control | 公差:¼・½・¼のゾーン | 確認に5個、その後は1回の確認につき2個 | ドリフトする工程能力の十分な工程、少量・短期の生産、最小限の訓練で作業者が行う管理 |
| X̄-R管理図 | 工程データ:群平均の±3σ | 3–5個の群。限界線の設定には20–25群 | 安定性の喪失の検出、工程の調査、長期の生産 |
| 個別値管理図(I-MR) | 工程データ:移動範囲 | 1回の確認につき1個 | サイクルの遅い工程、測定にコストがかかる場合 |
| 限界ゲージ検査(通り/止まり) | 公差 | 全数、または抜取り | 良品と不良品の選別。最初の不良が出る前に警告はない |
1989年、ドリアン・シャイニンとピーター・シャイニンは、管理図がゆっくりとした学習をもたらすのに対し、Pre-Controlは即座の改善をもたらすと主張しました。これに対してLedolterとSwersey(1997年)などの批判者は、Pre-Controlは管理図の代わりにはならず、工程能力の低い工程では過剰調整を引き起こすと反論しました。双方が一致する点が一つあります。Pre-Controlは工程能力の十分な工程で使うべきだということです。
設定例
5分でできるプリコントロール・チャートの設定
旋削したシャフトの直径公差が20.00 ± 0.10 mmだとします。公差は0.20 mmなので、ゾーンは0.05 mmずつの4区分に切ります。緑は19.95–20.05、黄は19.90–19.95と20.05–20.10、赤は19.90–20.10の外側です。作業者は段取りのたびに緑5個で確認し、その後は30分ごとにシャフトを2本測定します。20.07と20.08という測定値は、どちらも上側の黄ゾーンなので、20.00の方向へ調整して再確認することを意味します。19.93と20.07という測定値は、黄が両側に分かれているので、停止を意味します。ばらつきが公差に対して大きすぎるのです。
0.05mm:0.20 mmの公差を4等分した各区分の幅
19.95–20.05mm:目標値20.00を中心とする緑ゾーン
プリコントロール・チャートに関するよくある質問
プリコントロール・チャートとは何ですか?
プリコントロール・チャート(信号機チャートとも呼ばれます)は、公差からゾーンを切り出した工程管理用のチャートです。中央の半分が緑、両端の4分の1ずつが黄、規格の外側が赤です。作業者は連続する2個の部品をゾーンに照らして読み、そのまま続けるか、調整するか、停止するかを判断します。
プリコントロールの限界はどのように設定しますか?
公差を4等分します。緑ゾーンは中央の2区分、つまり目標値を中心とする公差の50%です。黄ゾーンは両端の1区分ずつ、赤ゾーンは規格限界の外側です。工程データは必要ありません。限界は図面から決まります。
プリコントロールのルールとは何ですか?
段取り時:緑ゾーンの部品が5個連続すれば段取りは確認済みです。同じ側に黄が2個なら調整、両側に黄が1個ずつか赤が1個でも出れば停止して修正します。生産中:間隔ごとに2個の部品を測定します。1個目が緑、または黄の次に緑なら継続、同じ側に黄が2個なら調整、両側の黄または赤が1個でも出れば停止です。調整の後は、緑5個で再確認します。
プリコントロールを考案したのは誰ですか?
コンサルティング会社Rath & Strongの統計学者フランク・サタースウェイト(Frank Satterthwaite)が1954年に開発しました。同僚のドリアン・シャイニン(Dorian Shainin)がこれを製造現場に持ち込み、数十年にわたって普及させました。1989年には、ドリアン・シャイニンとピーター・シャイニンが『Quality Engineering』誌で、即座の品質改善においてプリコントロールはX̄-R管理図に勝ると主張しました。
Pre-ControlとSPCの違いは何ですか?
シューハート管理図は工程を工程自身と比較します。限界線は工程データから計算され、統計的管理状態の喪失を検出します。Pre-Controlは部品を公差と比較します。限界は規格から決まり、作業者にいつ調整すべきかを教えます。管理図は工程の調査や長期の生産に、Pre-Controlは工程能力の十分な工程、少量・短期の生産、統計の訓練を受けていない作業者に向いています。
プリコントロールを使うべきでないのはどんなときですか?
工程能力が不足しているときです。実際には、Cpがおよそ1.3を下回ると黄ゾーンが通常のばらつきで埋まり、ルールがばらつきを増やすだけの調整を引き起こします。これが過剰調整(タンパリング)です。また、工程を調整するのではなく工程について学ぶ必要があるとき、出力が測定値でないとき、そして工程能力がまだ確認されていないときも使うべきではありません。Pre-ControlはCpやCpkの推定値を与えないからです。
サンプルはどのくらいの頻度で採りますか?
一定の間隔で、連続する2個の部品を測定します。よく使われる経験則は、工程の調整から次の調整までの間におよそ6組を確認できる間隔を選び、チャートが緑を保つにつれて間隔を延ばすことです。チャートが調整を求め続けるなら、問題は間隔ではなくばらつきにあります。
プリコントロールは片側公差でも使えますか?
はい、ただしゾーンの分割が異なります。両側公差の4等分は、公差の中央に目標値があることを前提としていますが、平面度や振れのような片側特性には中央の目標値がありません。片側公差のゾーン分割は、シャイニンの専門家がお客様と一緒に設定する事項の一つです。専門家に相談する。
プリコントロールは統計的に妥当ですか?
そのゾーンは、目標値を中心とするおおむね正規分布の工程を前提としています。そのような工程でCp = 1.0なら、測定値の約87%が緑になり、組の約2%が誤信号を出します。Cp = 1.33では、誤信号はおよそ1,000組に2組まで減ります。学術的なレビューであるLedolterとSwersey(1997年)およびSteiner(1997年)は、プリコントロールは工程能力の十分な工程と小ロットには有効だが、それ以外では管理図の代わりにはならないと結論づけています。
Pre-ControlはシャイニンのRed X®問題解決の中でどう位置づけられますか?
最初のステップではなく、最後のステップです。Red X®問題解決は、ばらつきの支配的な原因を特定して証明し、その公差を設定します。その後、Pre-Controlのようなシンプルな管理方法が、管理された入力と出力であるGreen Y®を現場で緑ゾーンに保ちます。工程がなお頻繁な調整を必要とするなら、支配的な原因はまだ十分に管理されていません。
参考文献(英語):F. E. Satterthwaite、“A simple, effective process control method”、Report 54-1、Rath & Strong、1954年;D. Shainin、P. Shainin、“Pre-Control versus X̄ & R charting: continuous or immediate quality improvement?”、Quality Engineering 1(4)、1989年;J. Ledolter、A. Swersey、“An evaluation of pre-control”、Journal of Quality Technology 29(2)、1997年;S. H. Steiner、“Pre-control and some simple alternatives”、Quality Engineering 10(1)、1997年;Quality誌、“Dorian Shainin’s influence on quality professionals, part IV”、2018年。
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