8章工序质量控制

第8章工序质量控制18工序序质量控控制统计过程程控制——（StatisticalProcessContorl，SPC)),也叫统计计工序控控制，是是过程控控制的一一种办法法。它根根据产品品质量统统计观点点，运用用数理统统计方法法对生产产过程的的数据加加以收集集、整理理和分析析，从而而了解，，预测和和监控过过程的运运行状态态，排除除发现的的质量问问题或隐隐患，达达到控制制质量的的目的。。统计过程程控制要要解决两两个基本本问题：：一是工工序质量量状况是是否稳定定；（用用控制图图来进行行测定））二是工工序能力力是否充充足。（（通过工工序能力力查定来来实现））。28.1工工序序质量控控制的基基本概念念工序质量量产品可分分割的工工序——产品质量量特性（（尺寸、、强度等等）产品不可可分割的的工序——工艺质量量特性（（温度、、浓度等等）属于制造造质量的的范畴优劣判断断：符合合性质量量3产品质量量特性值值及其波波动性反映产品品质量特特性的数数值称为为质量特特性值。。根据产产品质量量特性值值特点，，可分为为计量值值和计数数值计量值——是指可以以用量仪仪加以测测定并具具有连续续性质的的数值，，如直径径、璧厚厚、化学学成分等等。计数值——是指用““个数””表示的的并具有有连续性性质的数数值。计计数值又又可以分分为两类类：只能能用件数数表示的的合格或或不合格格，称为为记件值值；只能能用点数数来表示示质量特特性值的的，称为为计点值值，如气气泡数、、疵点等等。产品质量量特性值值波动性性：在一一个工序序上按照照某一产产品规格格加工出出来的一一批产品品，其质质量（特特性值））不会完完全相同同。产品品之间总总是或多多或少存存在着质质量上的的差别。。4质量的波波动与分分布产品质量量的波动动值，常常称为误误差。在加工一一批零件件时，误误差的大大小和方方向的变变化是随随机的称称为偶然然性误差差。误差的大大小和方方向或保保持不变变或按一一定规律律变化。。称为系系统性误误差。正常波动动：影响响较小；；难以避避免异常波动动：影响响较大；；可以控控制5在过程控控制中，，通常采采用加工工精度来来反映质质量波动动的程度度。精度度是误差差的反义义概念。。精度可可分为：：准确度——反映系统统误差的的影响程程度。精密度——反映偶然然误差的的影响程程度。精确度——反映系统统误差和和偶然误误差综合合的影响响程度。。6精确度高高准确度差差，精密密度高。。准确度高高，精密密度差。。精确度差差7产生偶然然性误差差的原因因称为偶偶然性因因素。偶偶然性因因素在加加工过程程中是不不可避免免的，这这时的工工序过程程状态称称为处于于稳定状状态或统统计控制制状态。。产生系统统性误差差的原因因称为系系统性因因素。系系统性因因素在加加工过程程中是能能够发现现并消除除的，这这时的工工序过程程状态称称为非稳稳定状态态或非统统计控制制状态。。8生产过程程控制系系统的目目标正态分布布的特点点98.2工工序序能力和和工序能能力指数数在产品制制造过程程中，工工序是保保证产品品质量的的最基本本环节。。所谓谓工序能能力分析析，就是是考虑工工序的设设备、工工艺、人人的操作作、材料料、测量量工具与与方法以以及环境境对工序序质量指指标要求求的适合合程度。。工序能能力分析析是质量量管理的的一项重重要的技技术基础础工作。。它有助助于掌握握各道工工序的质质量保证证能力，，为产品品设计、、工艺、、工装设设计、设设备的维维修、调调整、更更新、改改造提供供必要的的资料和和依据。。10工序能力力概念：所所谓工序序能力，，是指处处于稳定定、标准准状态下下，工序序的实际际加工能能力。工序处于于稳定状状态，是是指工序序的分布布状态不不随时间间的变化化而变化化，或称称工序处处于受控控状态；；工序处于于标准状状态，是是指设备备、材料料、工艺艺、环境境、测量量均处于于标准作作业条件件，人员员的操作作也是正正确的。。11工序的实实际加工工能力是是指工序序质量特特性的分分散(或波动)有多大。。加工能能力强或或弱的区区分关键键是质量量特性的的分布范范围大小小，或集集中程度度。由于于均方差差σ是描述随随机变量量分散的的数字特特征，而而且，当当产品质质量特性性服从正正态分布布N(μ，σ2)时，以3σ原则确定定其分布布范围(μ±3σ))，由于P（x∈μ±±3σ）=99..73%%,处于该范范围外的的产品仅仅占产品品总数的的0.27%，因此，人人们常以以6σ描述工序序的实际际加工能能力。实实践证明明：用这这样的分分散范围围表示工工序能力力既能保保证产品品的质量量要求，，又能具具有较好好的经济济性。12表达式：：B=6σσ或B≈6S。可用工工序质量量特性值值的波动动范围来来衡量工工序能力力，由于P（x∈μ±±3σ）=99..73%%,故6σ近似于工工序质量量特性值值的全部部波动范范围。显显然，B越小，工工序能力力就越强强。13影响因素素：5M1E（工序质质量因素素）人（Man）——与工序直直接有关关的操作作人员、、辅助人人员的质质量意识识和操作作技术水水平；机器（Machine）——包括设备备的精度度、工装装的精度度及其合合理性、、刀具参参数的合合理性等等；方法（（Method）——包括工艺艺方法及及规范、、操作规规程的合合理性；；材料（Material）——包括原材材料、半半成品、、外协件件的质量量及其适适用性；；测量（Measure）——测量方法法及测量量精度的的适应性性；环境（Environment）——生产环境境及劳动动条件的的适应性性。148.2工工序序能力和和工序能能力指数数工序能力力指数概念：工工序能力力指数是是衡量工工序能力力对产品品规格要要求满足足程度的的数量值值，记为为Cp。通常以以规格范范围T与工序能能力B的比值来来表示。。即：T=规格上限限TU--规格下限限TL。15工序能力力与工序序能力指指数的区区别：工工序能力力是工序序具有的的实际加加工能力力，而工工序能力力指数是是指工序序能力对对规格要要求满足足的程度度，这是是两个完完全不同同的概念念。工序序能力强强并不等等于对规规格要求求的满足足程度高高，相反反，工序序能力弱弱并不等等于对规规格要求求的满足足程度低低。当质质量特性性服从正正态分布布，而且且其分布布中心μ与规格中中心Tm重合时，，一定的的工序能能力指数数将与一一定的不不合格品品率相对对应。因因此，工工序能力力指数越越大，说说明工序序能力的的贮备越越充足，，质量保保证能力力越强，，潜力越越大，不不合格品品率越低低。但这这并不意意味着加加工精度度和技术术水平越越高。16公式：无偏时双双向公差差过程能能力指数数计算过程有偏偏时双向向公差过过程能力力指数计计算单项公差差过程能能力指数数计算过程能力力指数的的判断与与处置17工序能力力和工序序能力指指数(1)无偏时双双向公差差工序能能力指数数规格中心心Tm与分布中中心μ重合P1P2TLTUTmf（x））σμT18工序不合合格品率率p的估计：：①直接根据据规格上上、下限限TU、TL以及工序序分布的的数字特特征，估估计和和S进行计算算②根据工序序能力指指数Cp计算。由式:因此有19例1根据某工工序加工工零件的的测试数数据计算算得出，，=6.5,S=0.0055，规格要求求为。。试求该该工序的的工序能能力指数数及不良良品率。。解：∵∴20(2)有偏——规格中心心Tm与分布中中心μ不重合f（x））e12eμTLTUP1P2TmxT绝对偏移移量：：(图中曲线线1)偏移系数数：

工序能力力指数：：或：当k≥１，即e≥T//2时，规定定Cpk=0((图中，曲曲线2)21例2测试一批批零件外外径尺寸寸的平均均值=19..0101，S=0.0143，规格要求求为，，试试计算工工序能力力指数并并估计不不合格品品率。解：由题题意：计算Cpk或由Cp=0.816，k=0.145查表得不不良品率率估计约约为2.1%%～2.3%%22用Cp和k值估计不不合格品品率Cpk0.000.040.080.120.160.200.240.280.320.360.400.440.480.52.0.5013.3613.3413.6413.9914.4815.1015.8616.7517.7718.9220.1921.5823.0924.710.607.197.267.487.858.379.039.8510.8111.9213.1814.5916.5117.8519.690.703.573.643.834.164.635.245.996.897.949.1610.5512.1013.8415.740.801.641.691.892.092.462.943.554.315.216.287.538.9810.6212.480.900.690.730.831.001.251.602.052.623.344.215.276.538.029.751.000.270.290.350.450.610.841.141.552.072.753.594.655.947.491.100.100.110.140.200.290.420.610.881.241.402.393.234.315.661.200.030.040.050.080.130.200.310.480.721.061.542.193.064.201.300.010.010.020.030.050.090.150.250.400.630.961.452.133.061.400.000.000.010.010.010.040.070.130.220.360.590.931.452.191.500.000.010.020.030.060.110.200.350.590.961.541.600.000.010.010.030.060.110.200.360.631.071.700.000.010.010.030.060.110.220.400.721.800.000.010.010.030.060.130.250.481.900.000.010.010.030.070.150.312.000.000.010.020.040.090.202.100.000.010.020.050.132.200.000.010.030.082.300.010.020.052.400.000.010.032.500.100.022.600.000.012.700.012.800.00单位：%23(3)单项公差差过程能能力指数数当只要求求公差上上限时，，则若只要求求公差下下限，则则μf（x））TUσxμf（x））TLσxμ-TL24Cp与Cpk的比较无偏情况况下的Cp表示过程程加工的的一致性性，即““质量能能力”，，Cp越大，则则质量特特性值的的分布““越苗条条”，质质量能力力越强；；有偏情况况的Cpk表示过程程中心与中心心Tm偏移情况况下的过过程能力力指数，，Cpk越大，则则二者偏偏离越小小，也即即过程分分布中心心对规范范中心越越“瞄准准”，是是过程的的“质量量能力””与“管管理能力力”二者者综合的的结果。。25工序能力力指数和和不合格格率的关关系(1)无无偏时Cp和不合格格率p的关系设Pu=PL分别为超超出规范范上、下下界限的的不合格格率，于是总总的不合合格率：：故26（2）有有偏移过过程能力力指数Cpk、偏移度度K和不不合格率率p之间间的关系系当分布中中心向规规范上限限TU偏移时同理，可可得27于是总不不合格品品率当K较大大时，PL接近于零零，可略略去，故故28工序能力力评价和和分析29工序能力力的评价价与处置置工序能力力指数Cp客观地、、定量地地反映了了工序能能力对规规格要求求的适应应程度，，因此它它是工序序能力评评价的基基础。根根据工序序能力指指数的大大小一般般可将加加工分为为五类：1Cp＞1.67特级加工工21.67≥Cp＞1.33一级加工工31.33≥Cp＞1二级加工工41≥Cp＞0.67三级加工工5Cp≤0.67四级加工工301Cp＞1.67特级加工工当质量特特性服从从正态分分布，且且分布中中心μ与规格中中心Tm重合时，，T＞10S，不合格格品率p＜0.00006%。（见图）工序能力力过分充充裕，有有很大的的贮备。。这意味味着粗活活细作或或用一般般工艺方方法可以以加工的的产品，，采用了了特别精精密的工工艺、设设备或高高级操作作工人进进行加工工。这势势必影响响了生产产效率，，提高了了产品成成本。措施：(1)合理，经经济地降降低工序序能力。。如改用用低精度度的设备备、工艺艺、技术术和原材材料；放放宽检验验或放宽宽管理(2)在保证产产品质量量和提高高经济效效益的前前提下更更改设计计，加严严规格要要求；(3)合并或减减少工序序也是常常用的方方法之一一。3121.67≥Cp＞1.33一级加工工当时时，，10S≥≥T＞8S，不合格格品率0.00006%≤p＜0.006%。（见图）对精密加加工而言言，工序序能力适适宜；对对一般加加工来说说工序能能力仍比比较充裕裕，有一一定贮备备。措施：(1)允许小的的外来波波动；(2)非关键工工序可放放宽检验验；(3)工序控制制的抽样样间隔可可适当放放宽。3231.33≥Cp＞1二级加工工当时时，，8S≥T＞6S，不合格格品率0.006%≤≤p＜0.27%。（见图）对一般加加工而言言，工序序能力适适宜。措施：(1)对工序进进行严格格控制，，使生产产过程处处于良良好的的稳定、、正常状状态，并并保证不不降低工工序的质质量水平平，(2)一旦发现现工序有有异常状状态出现现，立即即采取取相应措措施，调调整工艺艺过程，，使之回回到稳定定、正常常状态。。(3)检查不能能放宽。。3341≥Cp＞0.67三级加工工当时时，，6S≥T＞4S，不合格品品率0.27%≤p＜4.55%。（见图）工序能力力不足，，不合格格品率较较高。措施：(1)要通过提提高设备备精度、、改进工工艺方法法、提高高操作技技术水平平、改善善原材料料质量等等措施提提高工序序能力。。(2)要加强检检验，必必要时实实行全检检。345Cp≤0.67四级加工工当时时，，T≤4S，不合格品品率p≥4..55%%。（见图）工序能力力严重不不足，产产品质量量水平很很低，不不合格品品率高。。措施:(1)必须立即即分析原原因，采采取措施施，提提高工序序能力；；(2)为了保证证产品的的出厂质质量，应应通过全全数检查查；(3)若更改设设计、放放宽规格格要求不不致影影响产品品质量或或从经济济性考虑虑更为合合理时，，也可以以用更改改设计的的方法予予以解决决，但要要慎重处处理。35加工分类类f(x))1级1级2级2级3级3级4级4级特级特级μTmT3=4σT0=10σT1=8σT2=6σ36工序能力力调查工序能力力是保证证和提高高产品质质量的重重要因素素，了解解和掌握握工序能能力是控控制产品品质量的的必要手手段。了了解和掌掌握工序序能力的的活动称称为工序序能力调调查。37工序能力力调查程程序明确调查查目的简化检查查方法，，确认工工序能力力适宜时时，进行行工序控控制工序能力力充分计算并分分析Cp或Cpk作直方图图、趋势势图、控控制图、、并判定定稳定性性明确必要要性与目目标、落落实负责责单位、、完成期期限、责责任者、、方法按调查计计划规定定作业，，记录数数据及其其背景充分利用用质量情情报选顶定调调查对象象（工序序特性值值）检查工序序标准条条件确定测试试与抽样样检查方方法制定调查查计划收集数据据分析数据据稳定状态态不稳定状状态工序能力力分析追查不稳稳定原因因工序能力力过强工序能力力不足设法降低低成本追查原因因修改标准准采取措施施采取有效效的管理理措施38工序能力力调查的的应用1工艺验证证：工艺验验证就是是通过工工艺实施施，验证证设计的的可行性性和合理理性。它它是联系系设计和和制造的的纽带。。在工艺艺验证中中，通过过工序能能力调查查，可以以达到：：(1)选择既可可实现设设计质量量、又可可采用经经济又合合理的设设备、工工艺、原原料与技技术；(2)确认适宜宜的工序序能力，，并确定定与之相相适应的的工艺规规程、技技术标准准、作业业指导书书及管理理对象与与方法等等；(3)对设计的的合理性性进行验验证，并并提出修修改设计计的依据据。2工艺诊断断：工序质质量水平平需要提提高、生生产过程程不稳定定以及工工序质量量水平显显著下降降等场合合，都必必须进行行工序能能力调查查。它可可为工艺艺诊断提提供可靠靠的资料料和依据据。393技术经济济分析：如对比比不同加加工过程程的工序序能力、、质量水水平和经经济性；；从适宜宜的工序序能力出出发确定定经济合合理的设设备维修修与保养养标准；；为技术术改造、、设备更更新提供供经济合合理的工工序能力力依据等等。4对比分析析：用于设设备鉴定定、调试试、工艺艺方法、、操作方方法对比比以及技技术考核核等。5为工序控控制、检检查方式式、产品品说明书书、质量量体系等等提供资资料408.3控制图（controlchart）法——控制图概概念又叫管理理图或休休哈特图图。它是是判断和和预报生生产过程程中质量量状况是是否发生生异常波波动的一一种有效效的方法法。可用3σ原则确定定控制图图的控制制线（ControlLines）CL=μμUCL==μ+3σLCL==μ-3σ41正态分布布的结论论对质量量管理解解释：无无论均值值μ和标标准差σσ取什么么样的值值，产品品特性值值落在之间的概概率为99.73%。。在此之外外的概率率为(1-0..9973=))0.0027，超出出一边边边界的概概率为0.0027//2=0.00135，这种种小概率率事件，，在生产产过程处处在稳态态的时候候，是很很难发生生的，如如果发生生，则可可能发生生异常！！42控制图的的基本思思想就是把要要控制的的质量特特性值用用点子描描在图上上，若点点子全部部落在上上、下控控制界限限内，且且没有什什么异常常状况时时，就可可判断生生产过程程是处于于控制状状态。否否则，就就应根据据异常情情况查明明并设法法排除。。通常，，点子越越过控制制线就是是报警的的一种方方式。控制图作作为一种种管理图图，在工工业生产产中，根根据所要要控制的的质量指指标的情情况和数数据性质质分别加加以选择择。43控制图的的基本原原理控制图是把造成成质量波波动的六六个原因因（人机机料法环环、测量量等）分分为两个个大类：：随机性性原因（（偶然性原原因）和非随随机性原原因（系统原因因）。这样样，我们们就可以以通过控控制图来来有效地地判断生生产过程程质量的的稳定性性，及时时发现生生产过程程中的异异常现象象，查明明生产设设备和工工艺装备备的实际际精度，，从而为为制定工工艺目标标和规格格界限确确立可靠靠的基础础，使得得过程的的成本和和质量成成为可预预测的，，并能够够以较快快的速度度和准确确性测量量出系统统误差的的影响程程度。44控制图类类型（计计量）均值-标准差控控制图平均值--极差控控制图中位数--极差控制图图单值-移移动极差差控制图图45控制图类类型（计计件）不合格率率控制