制程能力分析与研究ProcessCapabilityAnalysisAndStudy

1、制程能力分析与研究（Process Capability Analysis And Study、何谓制程能力制程能力（Process Capability ）又称工序能力，在QS-9000的核心工具之一的 统计过程控制（SPC） 中解释为“一个稳定过程的固有变差总范围”，其实也就是指处于稳定状态下的工序实际加工能力，即产出品质能够符合工程规格上能力或程度。工序实施的前后过程均应标准化，在非稳定生产状态下的工序所测得工序能力是设有意义的，且工序能力的测定一般是在成批生产状态下进行的，工序能力分析与研究一般应用于产品的开发，设计，试产及量产中，在制程中的关键工序或重要工序也有必要的用到。还是先看看

2、管制界限、规格值与个别值分配之关系吧！通过图示说明以便让我们对制程能力有一个感性的认知:探自然公差遠小於規格公差 （6USL-LSL）時,BLSL規憐下限当6 cW USL LSL时，是最理想情况。如上图所示，个别值分配A和规格的关系最佳，因为规格比制程变异大很多，即使制程平均值有很大移动，也不易超出规格界限；至于分配B的变异比分配 A大,但所有个别值仍在规格内；而分布C所显示的变异又更大，但仍在规格内。为符合经济上的效益，允许制程平均值适度地偏离规格中心（譬如：分配B和C），而不至于产生不良品。如此可避免时常调整机具或寻找非机遇因素等造成之延误成本。甚至考虑减少抽样次数，或者取消使用管制图。

3、自然公差差不多等于规格公差（6 c =USL-LSL）时，USL当6 d =USL-LSL,如果制程的次数分配与 A相同则有99.73%的产品符合规格；但是当制程平均移动时（如分布B）或变异增大时（如分布C），则不良率可能远大于 0.27%。只有分布A的是处于统计管制内,不良品的发生率在可接受的范围之内，可是一但发生非机遇因素的变异，应立即加以矫正。自然公差大于规格公差 （6 d > USL-LSL）时，当6 d > USL-LSL时，表示制程处于非常不理想的状况下，如上图次数分布A，超出规格的上下限的不良率在不可接受的范围内；换句话说，制程无制造符合规格产品的能力。二、制程能力主

4、要指数及判定处理客户在参观工厂或企业时，往往会问到“PPM”，“不合格品率”，“直通率”或“ d”（西格玛）值，及某些工序的Cpk其实这些都是衡量制程能力，产品质量的一种指标。鉴于制程能力指一定时间得于控制状态下的实际力的能力，能力越高，则产品品质特性的分散就小；能力越低，则产品品质特性分散就越大。过程能力反映普遍原因引起的变差，并且对系统采取管理措施来提高能力。有许多技术可用来评定处于统计控制状态过程的能力，当分布图形是正态的， 则可用下述的技术，该技术只包括以控制图上的数据为基础的简单的计算。用过程均值X作为分布的位置，用标准偏差来表示测量的分布宽度，标准差是用包含平均极差R的简单公式计算

5、出来。能力指数可分为两类：长期的和短期的。短期能力的研究是从一个操作循环中获取的测量为基础的。这些数据用控制图分析后作为判定该过程是否存在统计控制状态下运行的依据。若未发现特殊原因，可以计算短期的能力指数。这种研究通常用于由客户提出过程中生产出来的首批产品。还有一种用途是机器设备的能力研究，是用来验证一个新的或经过修改的过程实际性能是否合乎工程参数。长期能力研究包括通过很长一段时间内所进行的测量应在足够长的时间内收集数据。同时这些数据应能包含所有能预计到的变差的原因，很多变差原因可能在短期研究时还没有观察到。当收集足够的数据后， 将这些数据画在控制图上。若未发现变差的特殊原因，便可以计算长期的

6、能力和性能指数。所有的能力量度指数必须满足以下四个条件：1产生的数据的过程必须受控，即处于统计稳定状态；2过程的数据的单个测量值基本处于正态分布；3规范是以顾客要求为基础的；4存在一种将计算的指数看成“真实”的指数的意愿。现在为大家介绍以下几种在制程能力分析与研究中常见的，关键的制程能力指数：1制程准确度（Ca）a评价项目：比较制程平均值与规格中心是一致性。计算公式双边规格单边规格X -卩Ca%T /2无X :制程平均值; 卩：规格中心值;T:公差。b.评价方法如下图，丨ca丨愈大，X与卩之一致性愈低。反上，则愈高。分类基准等级分析与处置! ca! w 12.5%A制程稳定，继续维持12.5%

7、 <!ca jw 25%B尽可能设A级12.5% <!ca jw 50%C能力不足或未依SOP操作，加强训练50 % <j ca jD太差，采取紧急措施，全面检讨生产，必要时停止生产.2制程精密度（Cp）,有的书籍或资料称工序能力指数或制程能力指数.a评价项目：比较制程变异宽度L 6c）与规格公差范围（T）相差之情形计算公式双边规格单边规格CpUSL X=Cp=TUSL USL3 c6 c6 corCpX LSL3 cUSL :规格上限；LSL :规格下限_c :估计过程标准偏差（仅有普通原因造成的过程变差），其值为R/d2。（ R为极差均值，d2为随样本容量变化的常数）b.

8、评价方法分类基准等级分析与处置1.33W CpAr工序能力充分1.00 w Cp < 1.33B工序能力尚可，但宜加强管制0.67 w Cp < 1.33C工序能力不足，宜尽量改善，可采用田口方 法Cpv 0.67D工序能力极差，非大力改善不可，未改善 前宜采用全检来提升出厂品质CP愈大，表示产出品质变异愈小，制程精密度愈高，制程能力愈加；CP愈小表示产出品质变异愈大，制程精密度愈底制程能力愈差；_假使以X-R管管制图来进行 Cp±计算时，则制程标准差6可由R/d2来估计；若以控制图 X-S来进行Cp之计算时，则制程标准差可由S/C4来估计（其中S为样本标准差的均值，C4

9、为随样本而变化的常数）。3制程能力指标（Cpk）在某些书籍中称修正能力指数，是考虑了过程有无偏差的能力指数。a.评价项目将Ca与Cp合并评估，同时衡量制程分出的集中与变异程度。（注：在有些书籍中，此处“ Ca”为K，称为相对偏移量或偏移系数。）Cpk= （1- j ca j） x CporCpk=MIN （ CPU , CPL）即Cpk取两者中的较小值。其中，CPU =CPL =b.评价方法! USL - X|3 6I X - LSL |3 6分类基准等 级对应T与6的 关系不合格品率（P）分析与处置1.67 < CpkA+T> 10 6Pw 0.00006 %制程能力过于充分。应

10、对标准要求和 工艺条件加以分析。可以考虑管理的 简单化或成本的降低方法，也可以考 虑修订标准，提高产品质量水平。1.33 < Cpk v 1.67A10 6 >T8 60.00006% w p w0.006%制程能力充分。需控制工序的稳定性。1.00 w Cpk v 1.33B8 6 >T> 6 60.006% w p w0.27%制程能力尚可，须加强管制，否则将产 生超差的危险。0.67 w Cpk v 1.00C6 6 >T4 60.27% w p w4.45%制程能力不足，须全数选别，并管理， 改善制程，如改变工乙，修订标准等。Cpk v 0.67D4 6

11、>T4.45% wp制程能力严重不足，应立即停止生产， 并进行全面检查。通过以上表中的 Cpk值，质量标准及不合格率的对照，可明显看出Cpk值越大，不良率下降，反之,Cpk值越小，不良率增大。4. 此外，还有衡量制程能力的性能指数（PP）,其计算公式如下：PPUSL - USLPPKUSL XMIN( X LSLPpk,其公式则为,以上是不考虑过程有无偏移量；若考虑过程有无偏移量则称之为3 b S3 （T Sd S：是考虑了普通原因和特殊原因造成的总变差，其值为性能指数评价和判定方法可参考Cp,Cpk之评价，判定方法。三、提高工序能力的途径在实际的工序能力调查中，工序能力分布中心（过程平

12、均值）与标准中心（规格中心）完全重合的情 况是很少的，大多数情况下都存在一定量的偏差，所以做工序能力分析时，计算的工序能力指数一般都是修正工序能力，即平时所说的Cpk。由此可以从以下方面来着手提高工序能力。1. 调整工序加工的分布中心，减少偏移量。偏移量是工序分布中心与技术标准中心偏移的绝对值。当工序有偏移量时，会严重影响工序能力指数。假使在两个中心重合时，工序能力指数就是充足的，但由于存在偏移量，使工序能力指数下降，造成工序能力严重不足。例 某款电芯厚度规格要求为8mm （公差上限为-0.10,公差下限为-0.05）,现从生产过程中抽样检测后计算得知：制程平均数为7.945，制程标准差为0.

13、00519，计算其工序能力指数。解答：LSL=7.9 ,USL=7.95T=USL LSL=0.05卩=（USL+ LSL） /2=7.925K=X 卩2(7.945 7.925)= 0.8'T /2=0.05故Cp=TUSL USL0.05= 1.6'6t=6 T=6X0.0519Cpk=Cp(1 K) =1.6X(1 0.8) =0.32由上例可看出，Cp=1.6是很充足的，但由于存在偏移量使工序能力指数（Cpk）下降到0.32,造成工序能力严重不足。由此还得出这样的结论，在进行制程能力研究或分析时，相关的能力指数务必要成队出现，如 Cp和Cpk, PP和PPK等，并结合相

14、应的图表技术，可以更好的理解估计的分布 范围与规范界限的关系。因为没有一个单独的指数可以万能的适用于所有过程，也没有一个给定的过程可能通过一个单独的指数完整的来描述。2. 提高工序能力减少分散程度因工序能力是有人、机、料、法、环、测量这六个因素决定的，这是工序应有的分布宽度，当技术标准固定，工序能力指数的影响是十分显著的。由公式Cp=T/6 t可以看出，减少标准差 t，就可以减少分散程度，从而提高工序能力，以满足技术标准的要求程度。一般来说可以通过以下措施可减少分散程度： 修订工序，改进工艺方法；修订操作规格，优化工艺参数；补充增加中间工序，推广应用新工艺、 新技术。 改造更新与产品质量标准要

15、求相适应的设备，对设备进行周期定检，按计划进行维护，从而保证 设备的精度； 提高工装的精度，对大型的工艺设备进行周期定检，加强维护保养，以保证工装的精度； 按产品质量要求和设备精度要求而保证环境条件 加强现场质量控制，设置关键、重点工序的工序控制点，使工序处于控制状态； 加强人员培训，提高操作者的技术水平和质量意识；3. 修订标准范围标准范围的大小直接影响工序能力的要求， 当确定若降低标准要求或放宽公差范围不致影响产品质 量时，就可以修订不切实际的现有公差的要求，这样既可以提高工序能力指数，又可以提高劳动生产 率；四、工序能力调查的方法步骤 工序能力调查的基本方法是用直方图。根据所搜集来的数据

16、画出直方图后，可以直观分析质量分布中心和标准中心是否重合。若发生较大偏移，就说明工序生产过程中有较大的系统误差，这是应调查原因， 消除由系统原因引起的中心偏差。 基本的解决问题技术如柏拉图及因果图， 分析是很有帮助的， 但为了显 著减少变差，可能有必要使用更高级的过程方式，包括实验设计（DOE等技术。工序能力调查步骤如下：明确调查目的一-确定调查计划与方法一-工序标准化一-收集数据一->分析数据。当工序能力充分稳定时，确认工序能力考虑是否简化检验，并起草报告；当工序能力过于充分 时，可考虑：设法降低成本； 减低成本与提高标准规定相结合；适当提高标准规格。根据实际情况采取措施并草拟报告；当工序不稳定，即工序能力不足时，追查原因。若因原因不明或技术已经无法 采取措施的，需研发，工艺修订标准规格或进行全检后加以修整并起草报告。五、工序能力研究的意义1. 为改善生产过程各道工序的能力提供依据， 从而取得较好的经济效果， 保证了产品质量的不断提高；2. 为设计工作中确定产品标准提供重要资料，使产品设计减少盲目性；3. 为工艺规格设计和修订、 工艺装备的设计和修改、 设备的选用及对环境的要求等提供可靠资料， 从 而为更经济地使产品符合标准规格的要求打下基础；4. 为制订产品检验方法、编制产品说明书等检验和销售工