设备能力研究

1、设备能力研究 Cmk :设备能力指数设备能力指数 “设备能力设备能力“由公差与生产设备的加工离由公差与生产设备的加工离散之比得出。通常采用数理统计的方法进散之比得出。通常采用数理统计的方法进行测算和证明，此时只考虑短期的离散，行测算和证明，此时只考虑短期的离散，尽右能地排除对过程有影响而非机器的因尽右能地排除对过程有影响而非机器的因素。（参照素。（参照VDA第第4卷的第卷的第1部分）部分）Overview 1. 认识设备变差认识设备变差2. 设备变差研究设备变差研究3. 计算计算CMK流程流程4. 学以致用学以致用5. 课程小结课程小结1-认识设备变差认识设备变差 什么是变差什么是变差 变差与

2、正态分布变差与正态分布 变差的普通原因与特殊原因变差的普通原因与特殊原因什么是变差什么是变差 变差（波动）是质量的敌人；变差（波动）是质量的敌人； 品质改善就是要持续减少设计、制造和服务过程品质改善就是要持续减少设计、制造和服务过程的波动的波动 变差与正态分布变差与正态分布 范围 范围 范围 范围但它们形成一个模型，若稳定，可以描述为一个分布： 样本数量 总体密度曲线：样本容量越大，所分组数越多，总体密度曲线：样本容量越大，所分组数越多，各组的频率就越接近于总体在相应各组取值的各组的频率就越接近于总体在相应各组取值的概率设想样本容量无限增大，分组的组距无概率设想样本容量无限增大，分组的组距无限

3、缩小，那么频率分布直方图就会无限接近于限缩小，那么频率分布直方图就会无限接近于一条光滑曲线，这条曲线叫做总体密度曲线一条光滑曲线，这条曲线叫做总体密度曲线xy0 总体密度曲线总体密度曲线频数组距xy0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11式中的实数式中的实数m、s是参数是参数22()2,1( )2xxemsm ss),(x正态分布密度曲线正态分布密度曲线(正态曲线正态曲线)m m -6s s m m -5s s m m -4s s m m -3s s m m -2s s m m -1s sm m m m +1s s m m +2s s m m +3s s m m +4s s m m

4、+5s s m m +6s s68.26%的个体的个体95.44%的个体的个体99.73%的个体的个体99.9937%的个体的个体99.999943%的个体的个体99.9999998%的个体的个体 在实际遇到的许多随机现象都服从或近似服在实际遇到的许多随机现象都服从或近似服从正态分布：从正态分布：在生产中，在生产中，在正常生产条件下各种产品的质量指标；在正常生产条件下各种产品的质量指标； 在测量中，在测量中，测量结果；测量结果； 在生物学中，在生物学中，同一群体的某一特征；同一群体的某一特征； 在气象中，在气象中，某地每年七月份的平均气温、平均湿度某地每年七月份的平均气温、平均湿度 以及降雨量

5、等，水文中的水位；以及降雨量等，水文中的水位； 总之，正态分布广泛存在于自然界、生总之，正态分布广泛存在于自然界、生产及科学技术的许多领域中。产及科学技术的许多领域中。正态分布在概率和统计中占有重要地位。正态分布在概率和统计中占有重要地位。正态分布之特点正态分布之特点位置位置分布宽度分布宽度形状形状规范中心均值人员机器机器材料方法测量测量环境过程过程普通原因普通原因变差变差许多偶然原因的合成许多偶然原因的合成 根据美国工业界的经验，长期的过程变差的根据美国工业界的经验，长期的过程变差的75%来自设备变差，设备能力指数来自设备变差，设备能力指数Cmk表示仅由设备普通表示仅由设备普通原因变差决定的

6、能力，与公差和生产设备的加工变差原因变差决定的能力，与公差和生产设备的加工变差有关，设备能力指数只考虑短期的变差，尽可能地排有关，设备能力指数只考虑短期的变差，尽可能地排除对过程有影响而与除对过程有影响而与设备设备无关的因素。无关的因素。过程变差的过程变差的75%来自设备变差来自设备变差变差产生的原因变差产生的原因1 1、风吹、风吹3 3、中间有根挡板、中间有根挡板非常长非常长2 2、中间有根木、中间有根木棒阻挡棒阻挡普通原因存在普通原因存在特殊原因存在特殊原因存在大量之微小原因所引起大量之微小原因所引起,不可避不可避 免免不管发生何种之偶然原因，其不管发生何种之偶然原因，其 个别之变异极为微

7、小个别之变异极为微小几个较代表性之偶然原因如几个较代表性之偶然原因如 下：下：（）原料之微小变异（）原料之微小变异（）机械之微小掁动（）机械之微小掁动（）可接受的测量误差（）可接受的测量误差 实际上要除去制程上之偶然原实际上要除去制程上之偶然原 因，是件非常不经济之处置因，是件非常不经济之处置一个或少数几个较大原因所引起一个或少数几个较大原因所引起,可以可以 避免避免任何一个异常原因，都可能发生任何一个异常原因，都可能发生大之变异大之变异几个较代表性之异常原因如下：几个较代表性之异常原因如下：（）原料不良（）原料不良（）过度调整（）过度调整（）新手作业（）新手作业异常原因之变不但可以找出其原异

8、常原因之变不但可以找出其原因，并且除去这些原因之处置，在因，并且除去这些原因之处置，在经济观点上讲常是正确者经济观点上讲常是正确者普通原因普通原因特殊原因特殊原因普通原因普通原因 Common Cause 指过程在受控的状态下，出现的具有稳定的指过程在受控的状态下，出现的具有稳定的且可重复的变差的原因分布在整个过程。且可重复的变差的原因分布在整个过程。 “普通原因普通原因”表现为一个稳系统的表现为一个稳系统的自然原因自然原因。 只有过程变差的普通原因存在且不改变时，过程只有过程变差的普通原因存在且不改变时，过程的输出才可以预测。的输出才可以预测。 “普通原因普通原因”始终存在于稳定的过程中！始

9、终存在于稳定的过程中！普通原因普通原因 Common Cause 已经上线很久的机种，原材料的供应商稳定，制造流已经上线很久的机种，原材料的供应商稳定，制造流程没有改变，作业员很熟练，工程也没有变更，但是程没有改变，作业员很熟练，工程也没有变更，但是每批总是有一定的不良率。由于管理阶层不对系统进每批总是有一定的不良率。由于管理阶层不对系统进行改善，因而控制系统的不良率不会明显降低。行改善，因而控制系统的不良率不会明显降低。特殊原因特殊原因 Special Cause 特殊原因特殊原因( (可查明原因、异常原因可查明原因、异常原因) )不是不是 始终作用于过程中的变差的原因，它偶然出始终作用于过

10、程中的变差的原因，它偶然出 现在过程中，当它们出现时将造成（整个）现在过程中，当它们出现时将造成（整个） 过程的数据分布的改变。过程的数据分布的改变。 它会以不可预测的方式来影响过程的数据分布！它会以不可预测的方式来影响过程的数据分布！特殊原因特殊原因 Special Cause 初期上线的机种，原材料的某些供应商不稳定，或制初期上线的机种，原材料的某些供应商不稳定，或制造流程常改变，或某些作业员尚不熟练，或有时工程造流程常改变，或某些作业员尚不熟练，或有时工程变更没有彻底执行，每批的不良率有明显差异。变更没有彻底执行，每批的不良率有明显差异。 控制系统的变异牵涉到小部分的作业员、某一台设备、

11、控制系统的变异牵涉到小部分的作业员、某一台设备、公司的某一部门，是单独原因造成的，这种原因只要公司的某一部门，是单独原因造成的，这种原因只要基层人员注意就避免。由控制图可以诊断出控制系统基层人员注意就避免。由控制图可以诊断出控制系统的变异存在特殊原因。的变异存在特殊原因。是否存在特殊原因之判定是否存在特殊原因之判定 直方图直方图 正态分布检验正态分布检验 控制图技术控制图技术小组讨论小组讨论 各工序关键设备变差的普通原因与特殊原各工序关键设备变差的普通原因与特殊原因因2-设备能力研究设备能力研究 研究意义研究意义 研究时机研究时机 样本选择样本选择 CMK计算方法计算方法 相关知识相关知识 判

12、定法则判定法则强调预防的观念强调预防的观念输出输出输入输入 过程过程 作业方式作业方式资源管理资源管理人人机机料料法法环环产品或服务产品或服务顾客顾客识别变化的需识别变化的需求和期望求和期望统计方法统计方法过程的声音过程的声音顾客的声音顾客的声音研究意义研究意义-设备能力研究设备能力研究是实施是实施SPC的前提与重要组成的前提与重要组成设备能力研究时机设备能力研究时机 设备能力研究为过程能力研究提供分析数设备能力研究为过程能力研究提供分析数据，在设备鉴定的依据据，在设备鉴定的依据在设备包括模具新购时，在设备包括模具新购时，在使用以前，应验证其能力，在下列情况下重在使用以前，应验证其能力，在下列

13、情况下重复能力研究：复能力研究： l 新产品新产品l 维修后（对产品有影响）维修后（对产品有影响）l 新的模具新的模具/设备设备 l 机器搬迁后机器搬迁后l 公差缩紧公差缩紧 l 长期停产以后长期停产以后l 加工过程加工过程/输出状态的更改输出状态的更改小组讨论小组讨论 结合公司实际探讨哪些情况下需要对何种结合公司实际探讨哪些情况下需要对何种设备进行设备能力研究？为什么？设备进行设备能力研究？为什么？machineLSLUSLCms6不不考虑加工中心的偏移：考虑加工中心的偏移：），（machinemachineLSLxxUSLMinCmkss33考虑加工中心的偏移：考虑加工中心的偏移：mach

14、inexUSLCmks3只有公差上限：只有公差上限：只有公差下限：只有公差下限：machineLSLxCmks3 至少连续至少连续50件的数据件的数据s估计的估计的sigma或用连续或用连续50件的数件的数据任意分组后的据任意分组后的Rbar/d2估计的估计的sigma来计祘来计祘mkC计算方法计算方法*3),min(UCLxxUSLCpkSUCLxxUSLPpk*3),min(从公式中我们可以看出Cmk和Cpk差异在于标准差的计算方法不同Cmk和Ppk公式是完全一样的。时间时间更按换的更按换的材料材料批号批号变差变差机器机器变差变差设备能力研究设备能力研究mkC设备能设备能 力指数力指数 设

15、备能力研究与过程能力研究的不同不在于计设备能力研究与过程能力研究的不同不在于计祘方法祘方法,而在于取样条件和方法。而在于取样条件和方法。质量特性值质量特性值过程能力研究过程能力研究至少连续取至少连续取50件的数据件的数据,排除排除3M1E变差变差组内连续取组内连续取4-6件件,至少至少25组尽量包括组尽量包括4M1E变差变差24,sscsss其中修偏系数其中修偏系数 与与 是与样本无关，而与样本容量是与样本无关，而与样本容量 有关的常数，其部分值列在附表中。有关的常数，其部分值列在附表中。d2c4n正态标准差正态标准差 的无偏估计的无偏估计sxxRdRRminmax2,skRRdRiR,2sR

16、估计估计 样本小于样本小于9R估计估计 样本大于样本大于9 ，分组后用分组后用Rbar估计估计s估计估计1)(22nxxsi过程变差的过程变差的75%来自设备变差来自设备变差processmachiness43machineLSLUSLCms6processLSLUSLCps6至少连续取至少连续取50件的数据件的数据,排除排除3M1E变差变差组内连续取组内连续取4-6件件,至少至少25组尽量包括组尽量包括4M1E变差变差processLSLUSLCms5 . 4machineLSLUSLCps8CmkCpk43过程变差过程变差&设备变差设备变差mkC设备能设备能 力指数力指数l在设备能

17、力研究时，机器应该同模具，必要时同在设备能力研究时，机器应该同模具，必要时同 一体化的检具和调整装置一起被视为一个整体。一体化的检具和调整装置一起被视为一个整体。l设备能设备能 力指数是短期变差，能力指数至少应该力指数是短期变差，能力指数至少应该 Cmk=1.67。不足时，必须采取纠正措施，措施。不足时，必须采取纠正措施，措施 完成后实施新的设备能力研究。完成后实施新的设备能力研究。样本尺寸样本尺寸（件数）（件数）最小最小Pp值值Pp1.33Pp1.67Pp1.81Pp2.00101.682.122.332.54201.592.002.202.40401.521.902.092.28501.5

18、01.882.062.25601251.461.842.042.20设备条件指南设备条件指南工装与设备初始过程能力工装与设备初始过程能力Pp值值（参照克莱斯勒之要求）（参照克莱斯勒之要求）对应各种不同的样本尺寸有不同的最小对应各种不同的样本尺寸有不同的最小Pp值是必然的，这归因于把抽样风险与值是必然的，这归因于把抽样风险与小样本联系起来。小样本联系起来。假设：表中数值是从样本中随机抽样，通常服从正态分布。假设：表中数值是从样本中随机抽样，通常服从正态分布。 设备条件指南设备条件指南工装与设备初始过程能力Ppk值最小最小Ppk值值样本尺寸样本尺寸Ppk1.33Ppk1.67Ppk1.81Ppk2

19、.00100.88-1.851.12-2.341.24-2.591.36-2.83201.03-1.631.30-2.051.43-2.261.57-2.47301.08-1.561.37-1.961.51-2.161.65-2.36401.12-1.521.41-1.911.55-2.101.70-2.30501.14-1.491.43-1.881.58-2.071.73-2.26601.15-1.481.45-1.851.60-2.041.75-2.23701.17-1.471.47-1.841.62-2.031.77-2.21801.18-1.461.48-1.831.63-2.011.

20、78-2.201001.19-1.441.50-1.811.65-1.991.80-2.171251.21-1.431.52-1.791.67-1.971.82-2.153-计算计算Cmk流程流程消除人料法环变差因素消除人料法环变差因素FMEA及变差模型及变差模型连续生产并采集数据连续生产并采集数据直方图检查异常原因直方图检查异常原因计祘计祘Cmk采取纠正措施采取纠正措施重新计祘重新计祘Cmk正态性检验正态性检验FMEA及变差模型及变差模型00000000000000000000输入输入是什是什么？么？输入如输入如何出错何出错？能做些什能做些什么？么？对输出的对输出的影响是什影响是什么？么？要

21、因是什要因是什么？么？这些如何发这些如何发现或预防？现或预防？多坏多坏？频度？频度？多好多好？ 过程过程FMEA 分析生产与装配过程分析生产与装配过程 分析重点分析重点 由生产或装配过程缺陷引起的失效模式由生产或装配过程缺陷引起的失效模式FMEA及变差模型及变差模型 设备设备FMEA 分析设备和工装分析设备和工装/模具模具 分析重点分析重点 设备和设备和工装工装/模具模具缺陷引起的失效模式缺陷引起的失效模式FMEA及变差模型及变差模型小组讨论小组讨论 本工序的本工序的PFMEA及设备及设备FMEA提示：关于提示：关于PFMEA，可事先向技术中心索取，可事先向技术中心索取（如有）（如有）消除人料

22、法环测方面的变差消除人料法环测方面的变差 测量系统分析测量系统分析 工艺参数验证与确认工艺参数验证与确认 人员选择与强化培训人员选择与强化培训 来料选择与品质一致性确认来料选择与品质一致性确认 其他方面：如温湿度、清洁度等环境要素其他方面：如温湿度、清洁度等环境要素控制控制小练习小练习-请评判每支铅笔为请评判每支铅笔为“钝钝”还是还是“尖尖”铅笔评审A评审B12345678910评审C12345678910测量系统分析测量系统分析-方法及准则方法及准则工艺参数验证与确认工艺参数验证与确认-获取最佳现实公差获取最佳现实公差工艺参数验证与确认工艺参数验证与确认-获取最佳现实公差获取最佳现实公差r=

23、0.9 r=0.6 r=0.3r=-0.9 r=-0.6r=0.3不相关 正相关强正相关强负相关 负相关有异常点存在连续生产并采集数据连续生产并采集数据 设计简洁实用的调查表格设计简洁实用的调查表格 说明记录方式与要求说明记录方式与要求 设备是否调整到最佳状态的快速判定设备是否调整到最佳状态的快速判定 尽量利用设备在线测量数据尽量利用设备在线测量数据连续生产并采集数据连续生产并采集数据-设计简洁实用的调查表格设计简洁实用的调查表格连续生产并采集数据连续生产并采集数据-说明记录方式与要求说明记录方式与要求连续生产并采集数据连续生产并采集数据 设备是否调整到最佳状态的快速判定设备是否调整到最佳状态

24、的快速判定连续生产并采集数据连续生产并采集数据123456789051015频次频次123456789100101234567891001020正常型右偏型平顶型初步分析初步分析-直方图检查异常原因直方图检查异常原因频次频次12345678901020 左偏型频次频次频次频次初步分析初步分析-直方图检查异常原因直方图检查异常原因12345678901020孤岛型频次频次2345678910110510锯齿型频次频次1234567891011051015双峰型频次频次123456789051015U字型频次频次初步分析初步分析-Anderson-Darling正态性检验正态性检验H0:服从正态分布；若服从正态分布；若P值小于值小于（即落入拒绝域）（即落入拒绝域）, ,则拒绝则拒绝H0;H0;反之则不能拒绝反之则不能拒绝H0H0，亦即接受，亦即接受H0H0。17571756175517541753999590807060504030201051C C1 1百百分分比比均值1755标准差0.8581N50AD2.903P 值0.005T T/ /D D正态 Cmk计算-excel Cmk计算-MINITAB10987654321175617551754样样本本均均值值_X =1755.28UCL=1756.472LCL=1754.08810987654321420样样本本极极