SPC统计过程控制培训教材

1、 统计过程控制Statistical Process Control（SPC）培训教材目 录SPC与ISO/TS16949第一部分 有关的概率知识 11.1 什么是随机现象? 21.2 两类随机变量. 21.3 两种有关的计数型随机变量分布. 31.4 计量型随机变量的正态分布. 31.5 抽样试验. 4第二部分 统计过程控制原理. 62.1 什么是过程? 62.2 两种过程控制模型和控制策略. 72.3 两种变差原因与两种过程状态. 82.4 过程能力与能力指数. 92.5 两种质量观. 112.6 持续改进过程循环. 112.7 四类过程与对策 (综合讨论). 12第三部分 控制图过程控制

2、的工具. 133.1 控制图的功用. 133.2 控制图分类与选用. 143.3 控制图的准备工作. 163.4 控制图制作与应用 (以R图为例). 173.5 各种类型控制图系数和公式汇总. 26SPC与ISO/TS16949ISO/TS16949条款与名称条款容举例7.5.1生产和服务提供的控制“组织必须策划并在受控条件下。”7.5.1.1控制计划“当过程不稳定或不具有统计能力时”7.5.1.3作业准备的验证“。适用时,组织必须使用统计方法进行验证。”8.1.1统计工具的确定“在质量先期策划中必须确定每一过程适用的统计工具,”8.1.2基本统计概念知识整个组织必须了解和使用基本的统计概念,

3、如变差、控制(稳定性)、过程能力和过渡调整。8.2.3.1制造过程的监视和测量“组织必须对所有新的制造过程（包括装配和定序）进行过程研究，以验证过程能力”“组织必须保持顾客生产件批准程序规定的过程能力或性能。”“当控制计划中中的特性不稳定或能力不足时，组织必须启动反应计划。适当时，反应计划必须包括遏制产品和100%检验。为确保过程变得稳定和有能力，”8.4数据分析“C. 过程和产品的特性与趋势，包括采取预防措施的机会；”8.5.1.2制造过程改进“制造过程改进必须持续关注产品特性和制造过程参数变差的控制和减少。”8.5.2.1解决问题的方法“组织必须具有规定的解决问题的过程，以识别和消除根本原

4、因。”PPAP 生产件批准要求“1.2 过程能力结果表明符合顾客对主要、重要、安全、关键和符合性有关的特性要求, 并提供支持数据, 如控制图(参见SPC手册)。” 过程要求“D初始过程能力研究” (容详见PPAP手册)APQP第3章过程设计与开发输出要素之一：“ 初始过程能力研究计划。”第4章产品和过程确认输出要素之一：“ 初始过程能力研究。”第6章控制计划方法论6.4 过程分析(容详见APQP手册)第一部分 有关的概率知识1.1 什么是随机现象?1.2 两类随机变量1.3 两种有关的计数型随机变量分布1.4 计量型随机变量的正态分布1.5 抽样试验1.1 什么是随机现象?自然界和社会上发生的

5、许多现象, 具有以下的性质： 每次观察或试验, 结果不确定。 大量重复观察或试验, 结果呈现某种统计规律. 小组试验从口袋中每次取10个, 观察记录黑色棋子出现的个数. 共做10次。 把结果填在下表(在格子中打 * )。 每次放回混合。100次观察中, 黑棋的个数：12345678910讨论: 以上现象有什么性质? 频率和概率将上述试验结果, 列入下表并计算累积黑棋出现的次数.第1组第2组第3组第4组棋子总数100100100100累计总数100200300400黑棋总数累计总数黑棋频率你发现黑棋频率有何趋势?1.2 两类随机变量计数型（离散型）Attributes计量型（连续型）Varibl

6、es请每位学员举出本公司中的两类随机变量各1种计数型：_计量型：_1.3 两种有关的计数型随机变量分布 检查一种产品是否合格, 合格的用“1”表示，不合格的用“0”表示。 称“01”分布.随机变量X=10出现的概率合格品率1p不合格品率p 检查一个油漆零件, 发现其缺陷数用C表示。C可以是0、1、2.随机变量X=C0123出现的概率P0P1P2P3P0 + P1 + P2 + P3 + = 11.4 计量型随机变量的正态分布计量型随机变量的分布直方图：尺寸尺寸尺寸尺寸分布图：尺寸尺寸尺寸分布形状不同分布宽度不同位置的不同正态分布过程控制中最常用的分布-3 -2 - + +2 +3 均值 2 方

7、差 标准差 3 常用来表示变差大小变量围正态分布概率备 注0.68268920.95449930.99730040.9999365750.99999974260.999999998熟悉这些数据, SPC中很有用处.1.5 抽样试验 几个常见的术语母 体：_个 体：_样 本：_样本容量：_抽样频率：_ 样本统计量a. 计量型 描述样本中心位置均值=_中位数：_ 描述样本分布宽度极差R=_标准差S=_用极差估计标准差时S = R/d2n23456d21.131.692.062.332.53n78910d22.702.852.973.08b. 计数型 01分布用不合格率P描述.P=r 不合格个体数n

8、 样本容量不合格数分布用每单元不合格数C描述。 样本分布的有关知识假设： 已知母体服从正态分布, 均值为, 方差为2, 那么, 样本的均值和方差是怎样的分布?(了解这点, 将有助于我们理解控制限的计算方法的根据。)a. 样本均值的分布也服从正态分布2n它的均值(母体的均值)它的方差 (母体方差除n)b. 样本方差的分布不服分正态分布, 而是自由度为(n1)的分布. 这种分布不是对称的. 但是, 的均值 2 (母体的方差).第二部分 统计过程控制原理2.1 什么是过程?2.2 两种过程控制模型和控制策略2.3 两种变差原因与过程状态2.4 过程能力与能力指数2.5 两种质量观2.6 持续改进过程

9、循环2.7 四类过程与对策 (综合讨论)2.1 什么是过程所谓过程指的是共同工作以产生输出的供方、生产者、人、设备、输入材料、方法和环境以与使用输出的顾客之集。.顾客产品人机料法环工作方式/资源的融合服务输 入 过程/系统 输 出_举一个过程的例子, 并说明： 过程的名称. 什么是它的输入? 什么是它的输出? 目前的控制措施?2.2 两种过程控制模型和控制策略 缺陷检测过程模型产品/服务4M1E过程检验否报废或返工是否合格? 是顾客控制策略：控制输出, 事后把关. 具有反馈的过程控制模型过程呼声统计方法4M1E产品服务识别变化的需求与期望过 程顾 客顾客的呼声控制策略：控制过程, 预防缺陷。

10、两种模型的比较检测模型反馈模型控制点方 法经济性产品质量把讨论意见填入上表能否举出贵公司两种模型的例子?检测模型: _反馈模型: _2.3 两种变差原因与两种过程状态 两种性质的变差原因如果仅存在变差的普通原因，随着时间的推移，过程的输出形成一个稳定的分布并可预测目标值线预测尺寸时 间如果存在变差的特殊原因，随着时间的推移，过程的输出不稳定目标值线预测尺寸时 间 两种过程状态仅存在普通原因变差分布稳定的过程是可预测的过程是统计受控的存在特殊原因变差分布不稳定的过程是不可预测的过程是不受控的 两种控制措施 系统措施 通常用来减少变差的普通原因 通常要求管理层的措施 工业经验，约占过程措施的85%

11、 局部措施 通常用来消除变差的特殊原因 通常由与现场有关的人员解决 工业经验，约占过程措施的15% 过程控制要点 属于系统的问题不要去责难现场人员，要由系统采取措施（理解什么是“控制不足”）。 属于局部的问题也不要轻易采取系统措施（理解什么是“过度控制”）。 考虑经济因素，做出合理的决定。 过程控制系统应能提供正确的统计信息。 有用的特殊原因变差，应该保留。2.4 过程能力与能力指数 什么是过程能力(Process Capability)? 过程在统计受控状态下的变差大小。 过程能力是由造成变差的普通原因确定的。 过程能力通常代表过程本身的最佳性能。 过程能力与技术规无关。 如何计算过程能力?

12、 正态分布的情况下, 过程能力用分布的3宽度来表述。的计算方法 按极差估计 按标准差估计 什么是过程能力指数（CP，CPK）？规范下限LSL规范中心线（目标值）规范上限LSL均值-3+3CpkU= CPK为以上两值较少者CpkL=CP= CP，CPK表示过程能力满足技术规的程度。 CPK值与, 技术规宽度, 分布和技术规的相对位置有关。 当过程均值与规中心值重合时, CPK=CP。 典型的能力指数CPK与PPM关系 CPKUSL-(或-LSL)PPM(单侧)0.331586550.672227511.00313501.334321.6750.132.0060.001能力指数与性能指数能力指数性

13、能指数符 号CPK, CPPPK, PP适用过程稳定不稳定计算方法/d2PPAP要求CPK1.33CPK1.672.5 两种质量观坏 A B C 坏 好目标值产品特性剔除不合格剔除不合格思维方式目标柱式损失函数方式质量概念符合标准顾客满意质量水平差好特性分布分散集中于目标值控制模型检测模型反馈模式经 济 性存在浪费无缺陷, 无浪费竞 争 力弱强2.6 持续改进过程循环持续改进过程循环的各个阶段1. 分析过程本过程应做些什么?会出现什么错误?本过程正在做什么?达到统计控制状态?确定能力2. 维护过程 监控过程性能 查找偏差的特殊原因并采取措施实施研究措施计划措施实施研究计划实施措施研究计划3.

14、改进过程 改变过程从而更好地理解普通原因变差 减少普通原因变差2.7 四类过程与对策是否受控?是否满足要求?受控不受控可接受1类3类不可接受2类4类这一节是以上知识的综合, 请组织小组讨论. 按适当的次序讨论对策.例如: 第1小组对第2类过程的对策是: _ _ _ _第三部分 控制图过程控制的工具3.1 控制图的功用3.2 控制图分类与选用3.3 控制图的准备工作3.4 控制图制作与应用(以R图为例)3.5 各种类型控制图系数和公式汇总3.6 应用计算机进行SPC3.1 控制图的功用 什么是控制图?上控制限中 线下控制线收集数据实施控制分析改进 控制图的不断重复的程序 控制图的功用 现场人员了

15、解过程变差并使之达到统计受控状态的有效工具。 有助于过程在质量上和成本上持续地, 可预测地保持下去。 对已达到统计受控的过程采取措施, 不断减少普通原因变差, 以达到提高质量, 降低成本和提高生产率的改进目标。 为现场人员、支持人员、设计人员，顾客等提供有关过程性能的共同语言。 区分变差的特殊原因和普通原因, 作为采取局部措施或对系统采取措施的依据。3.2 控制图的分类与选用 计量型数据控制图分类计量型数据控制图分类表类 型优 点应 用均值极差图R较简便, 对子组特殊原因较敏感。广泛均值标准差图SS较R更准确有效, 尤其在大样本容量时。计算机实时记录, 样本容量大。 中位数图R用代替X, 直接

16、描点, 不用计算机。车间工人更易掌握。单值移动极差图XMR用单值代替均值,用MR(相邻数值之差)代替极差。用于测量费用很高的场合。 计量型数据控制图分类计数型数据控制图分类表类 型应 用 围不合格品率P图广 泛不合格品数nP图 不合格品数比不合格品率更有意义. 各个时期子组的容量不变。不合格数c图连续的产品流上(如布匹)；单个检验中发现不同原因造成的不合格(如车辆维修)。单元不合格数u图适用于与c图一样的数据, 但不同时期的样本容量不同时, 必须采用u图。 选用控制图类型的程序确定要制定控制图的特性是计量型数据吗?关心的是不合格品率即“坏”零件的百分比吗？关心的是不合格数即单位零件的不合格数吗

17、？样本容量是否恒定？使用P图样本容量是否恒定？使用u图使用np图或p图使用c图或u图性质上是否是均匀或不能按子组取样一例如：化学槽液批量油漆等？子组均值是否能很方便地计算？使用中位数图子组容量是否大于或等于9？使用R图是否能方便地计算每个子组的S值？使用R图使用S图使用单值图XMR否否是是否否是是否否是是否是否是注： 本图假设测量系统已经过评价并且是适用的3.3 控制图的准备工作 使用控制图的准备 建立适用于实施的环境. 定义过程. 确定待管理的特性.考虑到: 顾客的需求 当前与潜在的问题区域 特性间的相互关系 确定测量系统 使不必要的变差最小 短期研究和长期研究 从一个操作循环中获取数据。

18、一般用于首批产品（新过程或过程修改）时的初期研究。 重点是判断过程是否受控，消除特殊原因变差，计算初始能力指数（或性能指数），以确定是否满足顾客需要。 从足够长的时间中收集数据，包括所有能预计到的变差原因. 短期研究符合要求之后进行。 重点是长期生产中可能出现的变差原因下能否满足顾客要求，并开展持续改进活动。 具有分组的过程的控制图点的选择模具1#模具2#模具3#模具4#机器1#机器2#原材料产 品讨论： 在以下三种情况下, 如何考虑?1. 为满足顾客需要监控过程时。2. 研究每个模具的性能。3. 检查原材料的性能变化。3.4 控制图的制作与应用( 以R图为例, 学员分组完成一个实例。)1)

19、收集数据；2) 画图；3) 计算试验控制限；4) 将试验控制限与中心线画在图上；5) 分析极差图和均值图；6) 分析特殊原因, 采取措施消除；7) 修正数据或重新采集数据；8) 重新画图和计算控制限；9) 计算过程能力性能和指数；10) 分析过程能力；11) 保持过程、改进过程；12) 控制图制作与应用程序图。 收集数据分组试验, 从呈正态分布的一袋棋子中, 每次抽出5个子, 把数据记录下来, 共进行25次。 (记住, 每次试验后把棋子放回口袋, 并均匀搅拌。) 计算每个样本的均值和极差R。实际工作中注意样本容量n和抽样频率的选取。 画图将, R分别点到图和R图上. 在这之前正确选择刻度(参见

20、SPC手册)1 / 29计算试验控制限 首先计算平均极差R和平均均值XR1+R2+RKKR=KX1+X2+XKX(本练习中，K20) 极差图控制限上限UCLRD4R下限LCLRD3R 均值图控制限UCLXXA2RLCLXXA2R常数D4，D3，A2，按n查表N2345678910D43.272.572.282.112.001.921.861.821.78D3*0.080.240.180.22A21.881.020.730.580.480.420.270.340.31分析极差图和均值图分别分析极差图和均值图，找出特殊原因变差数据。判断原理： 超出控制限的点 连续七点全在中线一侧 连续七点呈上升或

21、下降趋势（含相等的相邻点） 明显的非随机图形 相对中心线，数据过于集中或过于分散。（一般情况，大约有2/3数据分布在中心线周围1/3控制限围。）分析特殊原因变差并采取措施消除。 找出产生特殊原因变差数据的零件，标出其发生的时间。 按以下顺序查找原因： 有否记录、计算和描点的错误（若采用计算机，可以避免这类错误）？ 测量系统是否有问题？分辨率、偏倚、稳定性、RR等 人、机、料、法、环各输入因素。修正数据或重新采集数据 只有肯定是记录、计算或描点的错误，才可以修正数据。 其他情况，如重新进行测量系统分析和纠正，对过程的输入采取了措施，均要重新进行试验。重新画图和计算控制限 当新的控制图表明不存在上

22、述的特殊原因变差信息时，所计算得到的控制限有可能用作过程控制用。 过程控制图的目的不是追求“完美”，而是保持合理、经济的控制状态。计算过程能力指数和性能指数 计算过程能力指数之前，要看看过程均值X和技术规目标值是否重合？是否有必要和可能做必要的调整？ 在计算CPK，CP的同时，也计算PPK，PP值。分析过程能力 对受控过程，CPK值是否满足顾客要求（PPAP手册规定CPK1.33）。 对于尚未完全受控但顾客批准的过程，PPK值是否满足顾客要求。过程保持、改进过程 保持过程。当出现特殊原因变差时，采取措施消除之。 改进过程，不断研究过程，减少变通原因变差，提高质量，降低成本。控制图制作与应用程序

23、图完成准备工作选择时刻画图分析控制图计算能力指数是否需要重拳采取数据？将中心线和控制限画出计算试验控制限减少普通原因变差收集数据能力指数是否满足要求是否有特殊原因变差？YYYNNN保持和改进3.5各种类型控制图系数和公式汇总表1控制图有关系数表（n子组容量）表2计量型控制图的计算公式归纳表3计数型控制图的计算公式归纳表1控制图有关系数表（n子组容量）N2345678910152025D43.272.572.282.112.001.921.861.821.781.651.591.54D3*0.080.140.180.220.350.420.46A21.881.020.730.580.480.420.370.340.310.220.180.15D21.131.692.062.332.532.702.852.973.083.473.743.93B