过程质量控制

1、宣言我成长，我出色谢正义祖祖概述概述原理原理种类种类应用场合应用场合判断准则判断准则应用应用步骤步骤1924年，美国的休哈特博士休哈特博士提出将3Sigma原理运用于生产过程当中，并发表了著名的“控制图法”，对过程变量进行控制，为统计质量管理奠定了理论和方法基础。要求涉及整个全系统所有过程，并要要求涉及整个全系统所有过程，并要求全员参加，人人有责。求全员参加，人人有责。 SPC强调用科学方法强调用科学方法(统计技术，尤其统计技术，尤其是控制图理论是控制图理论)来保证全过程的预防。来保证全过程的预防。在过程实施中发现问题，及时改进并取在过程实施中发现问题，及时改进并取得成果。得成果。 SPC不仅

2、用于生产过程，而且还可以应不仅用于生产过程，而且还可以应用于服务过程和管理过程。用于服务过程和管理过程。 1、及时发现工序过程中所出现的系统性变异 2、确定是否工序质量水平得以改进 3、维持并不断改善现有工序质量水平预防控制预防控制1、确保制程持续稳定、可预测。 2、提高产品质量、过程能力、降低成本。 3、为制程分析提供依据。 4、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指南。 1984年名古屋工业大学调查年名古屋工业大学调查115家日本各行各业家日本各行各业的中小型工厂，平均每家采用的中小型工厂，平均每家采用137张控制图；张控制图；控制图使用的调查控制图使用的调查

3、优质企业平均有优质企业平均有73%(用用SPC方法的方法的)的过程的过程Cpk超超过过1.33，低质企业只有，低质企业只有45%过程达到过程达到Cpk=1.33。 Cpk1.67的企业，平均销售收入增长率为的企业，平均销售收入增长率为11%以以上，而其它企业的数据为上，而其它企业的数据为4.4%。 一家企业用了三年的时间使废品率降低一家企业用了三年的时间使废品率降低58%，其，其使用的方法：将使用使用的方法：将使用SPC的过程比例由的过程比例由52%增加到增加到68%。原则上原则上, ,应该用于有数量特性或参数和持续性的应该用于有数量特性或参数和持续性的 所有工艺过程所有工艺过程; ; SPC

4、 SPC使用的领域是大规模生产使用的领域是大规模生产; ; 多数企业，多数企业，SPCSPC用于生产阶段用于生产阶段; ; 在强调预防的企业，在开发阶段也用在强调预防的企业，在开发阶段也用SPCSPC。何时使用何时使用SPCSPC常用术语解释常用术语解释名称解释平均值（X） 一组测量值的均值均值极差（Range）一个子组、样本或总体中最大与最小值之差最大与最小值之差（Sigma）用于代表标准差的希腊字母标准差(Standard Deviation)过程输出的分布宽度分布宽度或从过程中统计抽样值（例如：子组均值）的分布宽度的量度量度，用希腊字母或字母s（用于样本标准差）表示。（Spread）一个

5、分布中从最小值到最大值之间的间距最小值到最大值之间的间距中位数 x将一组测量值从小到大排列后，中间的值中间的值即为中位数。如果数据的个数为偶数，一般将中间两个数的平均值作为中位数。（Individual）一个单个的单位产品或一个特性的一次测量一次测量，通常用符号 X 表示。名称解释（Central Line）控制图上的一条线，代表所给数据平均值数据平均值。过程均值（Process Average）一个特定过程特性的测量值分布的位置即为过程均值，通常用 X 来表示。（Run）控制图上一系列连续上升或下降，或在中心线之上或之下的点点。它是分析是否存在造成变差的特殊原因的依据。（Variation）

6、过程的单个输出之间不可避免的差别不可避免的差别；变差的原因可分为两类：普通原因和特殊原因。（Special Cause）一种间断性的，不可预计的，不稳定的变差根源。有时被称为可查明原因，它存在的信号是：存在超过控制限的点或存在在控制限之内的链或其它非随机性的图形。名称解释（Common Cause）造成变差的一个原因，它影响被研究过程输出的所有单值；在控制图分析中，它表现为随机过程变差的一部分。(Process Capability)是指按标准偏差为单位来描述的过程均值和规格界限的距离，用Z来表示。（Moving Range)两个或多个连续样本值中最大值和最小值之差。SPC 控制图控制图 对过

7、程质量特性值进行测定、记录、评估，从而监察过程是否处于控制状态的一种用统计方法设计的图。 世界上第一张控制图：休哈特不合格品率控制图（P图）SPC控制图的结构控制图的结构 样本统计量数值LCLCLUCL 1 2 3 4 5 6 时间或样本号上控制限 中心限下控制限 过程改进循环过程改进循环1、分析收集过程、分析收集过程 2、维护控制过程、维护控制过程 本过程应做什么？ 监控过程性能 会出现什么错误？ 查找变差的特殊原因并 本过程正在做什么？ 采取措施。 达到统计控制状态？ 确定能力 计划 实施 计划 实施 措施 研究 措施 研究 计划 实施 3、分析改进过程、分析改进过程 措施 研究 改进过程

8、从而更好地理解 普通原因变差 减少普通原因变差规格管理的危险性Not just to meet customer or contractual requirements!被BOSS训斥的痛苦!控制线管理的益处控制线管理的益处SpecLSLUSLVery Centered变异是我们的敌人变异是我们的敌人 LCLUCL不良品已经产生不良品已经产生潜在不良出现潜在不良出现SPC 正态分布正态分布 图图 正态概率密度曲线正态概率密度曲线 3原理：原理： 正态分布中，不论正态分布中，不论与与取值如何，产品质量特性值取值如何，产品质量特性值落在落在 3范围内的概率为范围内的概率为99.73%，落在该范围外

9、的概，落在该范围外的概率为率为0.27（千分之三）是个小概率事件，而（千分之三）是个小概率事件，而“在一次观在一次观测中，小概率事件是不可能发生的，一旦发生就认为过程测中，小概率事件是不可能发生的，一旦发生就认为过程出现问题。出现问题。”故故“假定工序（过程）处于控制状态，一旦假定工序（过程）处于控制状态，一旦显示出偏离这一状态，极大可能性就是工序（过程）失控，显示出偏离这一状态，极大可能性就是工序（过程）失控，需要及时调整。需要及时调整。”据此休哈特发明了控制图。据此休哈特发明了控制图。 68.26%95.45%99.73%+1 +2+3-1-2-3 采取局部措施采取局部措施SPC波动不可能

10、消除，但是可以减小。 通常一个产品的特性值总有一个目标值和一通常一个产品的特性值总有一个目标值和一定的公差范围，过程不一定满足要求。定的公差范围，过程不一定满足要求。 波动在公差范围内是允许的，不需减小波动波动在公差范围内是允许的，不需减小波动 波动超过公差允许的范围，要设法减小波动波动超过公差允许的范围，要设法减小波动【有时需要对整个生产系统作改造】【有时需要对整个生产系统作改造】两种控制措施两种控制措施 系统措施系统措施 通常用来减少变通常用来减少变差的普通原因差的普通原因 通常要求管理层通常要求管理层的措施的措施 工业经验，约占工业经验，约占过程措施的过程措施的85%局部措施局部措施 通

11、常用消除变差通常用消除变差的特殊原因的特殊原因 通常由与现场有通常由与现场有关的人员解决关的人员解决 工业经验，约占工业经验，约占过程措施的过程措施的15%偶因偶因偶波偶波对质量影响小对质量影响小过程固有，难以除去过程固有，难以除去听之任之听之任之异因异因异波异波对质量影响大对质量影响大非过程固有，不难除非过程固有，不难除去去过程注意过程注意的对象的对象原材料不均匀原材料不均匀设备性能不稳定设备性能不稳定工具破损工具破损操作不当操作不当量具性能不稳定量具性能不稳定SPC时间SPC 受 控 （正常波动源减弱） 受 控 （正常波动源过大）上规格限下规格限时间x两类错误和风险第一类错误（弃真错误）：

12、把质量好的一批成品当作质量坏的一批成品去看待、处理的错误； :第二类错误的概率值，也叫第二类错误的风险率。 :第一类错误的概率值，也叫第一类错误的风险率。 两种错误两种错误 虚发警报和漏发警报虚发警报和漏发警报+3 +3 -3 -3 UCLLCLCL时间时间T控制图的形成控制图的形成MRx是是计量型数据吗？计量型数据吗？ n=1？关心的是关心的是不合格率吗？不合格率吗？均值是否均值是否方便计算？方便计算？n是否恒定？是否恒定？n是否恒定？是否恒定？ n 9？s是否是否方便计算？方便计算？sx Rx Rx Pn或或p图图p图图C或或U图图U图图是是是是是是是是是是是是是是否否否否否否否否否否否否

13、否否否否n：样本容量：样本容量n1 、连续、连续25个点，界外点数个点，界外点数d=0；n2 、连续、连续35个点，界外点数个点，界外点数d1;n3 、连续、连续100个点，界外点数个点，界外点数d 2； p 1 、点出界（、点出界（或或恰在界限上恰在界限上 ）就判异）就判异p 2 、界内点排列不随机判异、界内点排列不随机判异 图的区域划分及检测XX图的区域划分0.00%1.00%2.00%3.00%4.00%5.00%6.00%123456789“A区 +3 “B”区 +2 “C”区 +1 C区 -1 A区 -3B区 -2 中心线UCLLCL 图的区域划分及检测（续）X检测检测1、点超出了控

14、制限、点超出了控制限 图的区域划分及四种检测（续）X检测检测2：点子屡屡接近控制界限连续3个点子中，至少有2个点子接近控制界限；连续7个点子中，至少有3个点子接近控制界限；连续l0个点子中，至少有4个点子接近控制界限。 图的区域划分及四种检测（续）X检测、连续点中有点在区或区以外。检测、连续点中有点在区或区以外。 图的区域划分及四种检测（续）X检测、连续点落在单侧检测、连续点落在单侧在控制图中在控制图中心线心线出现的点出现的点称为称为链链，其，其点子点子称称作作链长链长链长不小于链长不小于7时判断点子排列非随机，存在异时判断点子排列非随机，存在异常因素，出现链表示过程均值向链这一侧偏常因素，出

15、现链表示过程均值向链这一侧偏移，国外也有取移，国外也有取9点链作为判异准则的。点链作为判异准则的。 图的区域划分及四种检测（续）X0.00%1.00%2.00%3.00%4.00%5.00%6.00%123456789连续连续3点中有点中有2点落在本区或以上点落在本区或以上 +2中心线UCLLCL一个点超出一个点超出UCL +3连续连续5点中有点中有4点落在本区或以上点落在本区或以上+1连续连续8点中有点中有7点落在本区或以上点落在本区或以上 连续连续8点中有点中有7点落在本区或以下点落在本区或以下 -1连续连续5点中有点中有4点落在本区或以下点落在本区或以下 -2连续连续3点中有点中有2点落

16、在本区或以下点落在本区或以下 3一个点超出一个点超出LCL其他几种缺陷UCLLCLR失控失控1 、周期性变化、周期性变化其他几种缺陷（续）UCLLCLR失控失控2、倾向：连续六点或连续、倾向：连续六点或连续10点中有八点趋势相同点中有八点趋势相同其他几种缺陷（续）其他几种缺陷（续）其他几种缺陷（续）如果链较长，如果链较长，个别点子出个别点子出现在中心线现在中心线的另一侧而的另一侧而形成形成间断链间断链。 其他几种缺陷（续）其他几种缺陷（续）（指点子距离中心线在1 以内） n 或者可能由于数据不真实或数据分层不当或者可能由于数据不真实或数据分层不当 计数值控制图的观察分析练习0123456789

17、123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 倾向倾向计数值控制图的观察分析(续）周期周期01234513579111315171921计数值控制图的观察分析(续）q超常值超常值00.511.522.533.54123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21计数值控制图的观察分析(续）q不稳定00.511.522.533.5413579111315171921计数值控制图的观察分析(续)q大量样本点靠近上控制限大量样本点靠近上控制限-1-0.500.511.522.533.5135791113151719

18、21观察分析观察分析控制图控制图选取要控制的选取要控制的质量特性值质量特性值确定样本确定样本组数组数k，样，样本量本量n和抽和抽样间隔样间隔画控制图画控制图计算各组样计算各组样本统计量本统计量收集生产条件比收集生产条件比较稳定和有代表较稳定和有代表性的一批数据性的一批数据选择合适选择合适的控制图的控制图种类种类计算各统计计算各统计量控制界限量控制界限 所控制的产品质量特征值为计量值所控制的产品质量特征值为计量值 所控制的产品质量特征为关键质量特征所控制的产品质量特征为关键质量特征 若关键质量特征不可测量，采用其它代用质量若关键质量特征不可测量，采用其它代用质量 特征进行控制时，一定要确认代用质

19、量特征与特征进行控制时，一定要确认代用质量特征与 关键质量特征密切相关关键质量特征密切相关. . 测量系统精度应能达到要求测量系统精度应能达到要求控制图的应用步骤一、选择需控制的产品质量特征值步骤一、选择需控制的产品质量特征值步骤二、选择控制图步骤二、选择控制图“n”=1025控制图的选定资料性质不良数或缺陷数单位大小是否一定“n”是否一定样本大小n2CL的性质“n”是否较大“u”图“c”图“np”图“p”图Xbar-MR图Xbar-R图Xbar-R图X-s图计数值计量值“n”=1n1中位数平均值“n”=25缺陷数不良数不一定一定一定不一定控制图的应用1 1、确定样本含量、确定样本含量N N采

20、用采用 -R-R控制图，样本含量一般取控制图，样本含量一般取n=5n=52 2、确定抽样方式、确定抽样方式 定期法定期法 及时法及时法 一般采用及时法。一般采用及时法。步骤三、确定抽样方案步骤三、确定抽样方案X 3 3、确定抽样间隔期、确定抽样间隔期确定抽样间隔应考虑的因素确定抽样间隔应考虑的因素 工序稳定性工序稳定性 抽样时间及成本因素抽样时间及成本因素 工序能力指数工序能力指数 工序调整周期工序调整周期( (ECN)ECN)一般在两次相邻的工序调整之间要抽取一般在两次相邻的工序调整之间要抽取20202424个样本个样本. . * *当当n10n10时，此时用时，此时用R/dR/d2 2作为

21、对作为对的估计，误差较大，的估计，误差较大，此时一般选用此时一般选用 -S-S控制图代替控制图代替 -R-R图。图。XX步骤三、确定抽样方案（续）控制图的应用控制图的应用及时法与定期法的比较及时法与定期法的比较及时法及时法极小化样本内差异极小化样本内差异极大化样本间差极大化样本间差可提供性原因出现的可提供性原因出现的具体时间具体时间对工序变异敏感对工序变异敏感样本是齐同性的样本是齐同性的定期法定期法极大化样本差异极大化样本差异极小化样本间差异极小化样本间差异只能提供系统性原因只能提供系统性原因 出现的时间段出现的时间段或许在某些特定工序或许在某些特定工序 下适用下适用难以形成齐同性样本难以形成

22、齐同性样本连续生产连续生产抽取五个零件作为样本抽取五个零件作为样本检查五个零件，并进行评价检查五个零件，并进行评价？继续生产继续生产Yes 采取措施采取措施(与班组长商议与班组长商议)No及时法数据采集模式及时法数据采集模式步骤四 收集数据 若初始建立控制图，至少要抽取75个以上的数据，若样本含量N=3，则至少要抽25组样本. 数据必须是最新的，能确切反映当前的工序水平. 抽样时必须记录数据采集日期、时间、采集人等信息.24样本均值分布898642 抽样必须是随机的.控制图的应用控制图的应用样本号（1）日期/时间样本观测值合计样本均值样本极差(R)X1X2X3X4X513/12 8:00 AM

23、23/12 8:30AM33/12 9:00AM1920总 计数据记录一般格式控制图的应用控制图的应用步骤五 计算各组样本统计量计算各组样本统计量步骤六 确定中心线和控制限 图：RAXRndXnXXLCLRAXRndXnXXUCLKXXXXXCLXXXXKX222232113331333X控制图的应用控制图的应用RDRdddRdRdRRLCLRDRdddRdRdRRUCLKRRRRRCLRRRRKR4232334232333213133331333 R图 d d2 2、d d3 3、A A2 2、D D3 3、D D4 4、均为与样本含量有关的常数，可查表、均为与样本含量有关的常数，可查表。控

24、制图的应用控制图的应用步骤七 绘制 -R控制限XXX 在给定的在给定的 R控制图上，根据所计算出控制图上，根据所计算出 的图的图和和R图的控限，选定垂直轴上最小区间单位所表示数图的控限，选定垂直轴上最小区间单位所表示数据量，并在垂直轴上标明数据。请注意：在绘制控据量，并在垂直轴上标明数据。请注意：在绘制控制限时，控制限（制限时，控制限（UCL和和LCL之间）的距离不应太之间）的距离不应太大，也不应太小。距离太大，当有些数据点超出控大，也不应太小。距离太大，当有些数据点超出控制限时无法表示；距离太小，描点和分析时会比较制限时无法表示；距离太小，描点和分析时会比较困难困难 。控制图的应用控制图的应

25、用控制图的应用控制图的应用q若初始建立控制图，须将样本的若初始建立控制图，须将样本的X X和和R R描在控制图描在控制图上，以验证工序是否处于统计受控状态。如果描上，以验证工序是否处于统计受控状态。如果描点后发现有的点超出控制限，这表明工序可能处点后发现有的点超出控制限，这表明工序可能处于失控状态，首先应分析是否存在系统性原因，于失控状态，首先应分析是否存在系统性原因，若找到了系统性原因，应将该数据点删除，然后若找到了系统性原因，应将该数据点删除，然后重新计算控制限。重新计算控制限。步骤八 描点，并且在必要时重新计算控制限练习：作控制图日时子组12345678910X135.44535.446

26、35.44235.44335.44235.44635.44735.44335.44235.446X235.44335.44335.43935.44035.43935.44435.44435.44235.43835.444X335.44035.44035.43835.43835.43835.44035.44335.44035.43735.442X435.43935.43935.43735.43635.43635.43935.44235.43835.43535.439X535.43735.43535.43635.43435.43235.43435.43935.43735.43435.433合计17

27、7.204177.203177.192177.191177.187177.203177.215177.200177.186177.204平均35.44135.44135.43835.43835.43735.44135.44335.44035.43735.441极差0.0080.0110.0060.0090.0100.0120.0080.0060.0080.0131112131415161718192035.44235.44435.44535.44935.44035.44835.44635.44135.44635.44235.44035.44135.44335.44535.43835.44535

28、.44235.43935.44235.44035.43835.43835.44035.44235.43635.44235.43935.43835.44035.43835.43635.43635.43935.43935.43435.43735.43835.43635.43735.43635.43435.43235.43435.43735.43235.43535.43735.43435.43535.434177.190177.191177.201177.212177.180177.207177.202177.188177.200177.19035.43835.43835.44035.44235.4

29、3635.44135.44035.43835.44035.4380.0080.0120.0110.0120.0080.0130.0090.0070.0110.008何时应该重新计算控制界限1.控制图是根据稳定状态下的条件（人员、设备、原材料、工艺控制图是根据稳定状态下的条件（人员、设备、原材料、工艺方法、测量系统、环境即方法、测量系统、环境即5M1E）来制定的。如果上述条件变化，）来制定的。如果上述条件变化，则必须重新制定控制图，例如：则必须重新制定控制图，例如：a.设备更新、经过修理、更换零件；设备更新、经过修理、更换零件；b.改变工艺参数或采用新工艺；改变工艺参数或采用新工艺；c.改变测量

30、方法或测量仪器；改变测量方法或测量仪器；d.采用新型原材料或其他原材料；采用新型原材料或其他原材料；e.环境变化。环境变化。2.一定时间后检验控制图还是否适用；一定时间后检验控制图还是否适用；3.过程能力值有大的变化时；过程能力值有大的变化时； 控制图制作及应用程序图控制图制作及应用程序图 完成准备工作收集数据选择刻度画图计算试验控制限将中心线和控制限画出是否需要重新采取数据？是否有特殊原因变差？能力指数是否满足要求？分析控制图计算能力指数保持和改进减少普通原因变差绘制直方图满足规格控制用控制图检讨5M1E各方面YYNNNYNY(辅助参考变异是否常态分布) , LCLLCL概念概念提高途径提高

31、途径变异很小变异很小, 但不准确但不准确准确但变异大准确但变异大Cpk=1.694-55152535455565Cpk=0.852-6414 24 34 44 54 64 74技术上受控技术上受控统计上未受控统计上未受控统计上受控统计上受控技术上未受控技术上未受控Cp,Cpk,CpmPp,Ppk,Ppm短期过程能力指数短期过程能力指数长期过程能力指数长期过程能力指数规格宽度工序宽度短期过程能力指数短期过程能力指数长期过程能力指数长期过程能力指数 量产阶段量产阶段; 用于过程能力研究用于过程能力研究;过程绩效指数(Process Performance Index)1、Pp： 分布中心无偏离规格

32、中心时衡量 过程能力的指数；2、Ppk： 分布中心偏离规格中心时衡量 过程能力的指数；3、Ppm：目标值与规格中心不一致时衡量 过程能力的指数；4、Ppu：上单侧过程能力指数；5、Ppl： 下单侧过程能力指数。估计估计Sigma： ，计算计算Sigma：nkmnkmxxSmii*,1)(12，则为个子组，每个子组容量2dR4CS计量型：计量型：计数型：计数型：计件型计件型Sigma：计点型计点型Sigma：)1 (ppnC 公式中使用 为估计的Sigma值。)1,2,233331(6kCpCpkCpkkLSLUSLMMxTkLSLxxUSLMinCpkLSLLSLxCplUSLxUSLCpuC

33、pCprCrLSLUSLLSLUSLCp（也可以这样计算：则称为偏移量。称为偏移系数），（存在时）（当存在时）（当（常以百分数表示）（或都存在时）、当为目标值其中，）（但是，TanTaxLSLUSLCpmi16: ) 1 (23322)(6TaxLSLUSLCpmmean (m m)潜在过程能力指数潜在过程能力指数 Cp =(UTL - LTL ) 6 * s2468101214161842.84343.243.443.643.84444.244.444.644.8length of machesnumber of matches within classesupper limit (UTL)

34、nominalvaluelower limit (LTL)StdDev () 0过程绩效指数过程绩效指数Ppk = min (UTL-m m, m m - LTL ) 3 * length of maches024681012141618upper limit (UTL)nominalvaluelower limit (LTL)mean (m m) StdDev ( )number of matches within classes42.84343.243.443.643.84444.244.444.644.8v加工某金属轴,长度x为其质量特性,规格线为 USL=45.23mm, LSL=45

35、.07mm 现随机从生产线上抽取10个成品,测其长度(减去45mm)为 0.16, 0.14, 0.13, 0.12, 0.17, 0.16, 0.15, 0.15, 0.17, 0.13, 已知S=0.0175 C4=0.973, 试计算 过程能力指数Cp值v某部件的清洁度是愈小愈好的质量特性. 顾客对此向其供应商提出规范上限上限要求: 清洁度不能超过96mg. 在生产线经抽样取得: Xbar=48mg, Sigma估计=12mg 试求其过程能力指数v某金属材料的抗拉强度是愈大愈好的质量特性. 顾客对此向其供应商提出规范下限下限要求: 抗拉强度不得低于32kg/cm2. 在生产线经抽样取得:

36、 Xbar=38kg/cm2, Sigma估计=1.8kg/cm2 试求其过程能力指数v螺纹钢板的切割过程经使用已达到受控状态, 经收集数据并计算获得如下统计量: Xbar=212.5 Rbar=1.2 n=5 其规格线为210+0/-3 mm 试求其过程能力指数Cpk是每百万件的不良品数（注：），（存在时）（当存在时）（当（常以百分数表示）（或都存在时）、当)(633331Pr(622MillionParts_Per_PPMTaxSLSLUSLPpmLSLxxUSLMinPpkLSLLSLxPplUSLxUSLPpuPpPprLSLUSLLSLUSLPp 公式中使用为计算的Sigma值。xx22)(6TaxLSLUSLCpm6LSLUSLBTCpx833.025.2325.263325.2)23153361221301423021(20111CCCuXUSLCpuCpkCkiiC过程能力指数Cp 1.671.33Cp1.671.00Cp1.330.67Cp1.00Cp0.67等级特级一级二级三级四级图例评价过程能力过高过程能力充足过程能力尚可过程能力不充足过程能力太低LSLUSLxyLSLUSLxyLSLUSLxyLSLUSLxyLSLU