SC统计过程控制基础知识

SPC统计过程控制基础知识讲解：冯小东2012年9月10日SPC摘要一.SPC概述二.SPC技术原理与实施三.SPC的作用简析四.质量管理七大工具五.管制图的制作与判断一.SPC概述SPC是英文StatisticalProcessControl的简称，中文翻译为统计过程控制。SPC的宗旨是防患于未然。SPC主要是应用统计分析技术对生产过程进行实时监控，科学的区分出生产过程中产品质量的随机波动与异常波动，从而对生产过程的异常趋势提出预警，以便生产管理人员及时采取措施，消除异常，恢复过程的稳定，从而达到控制和提高质量的目的。SPC发展简史：美国W.A.Shewhart博士于1924年发明管制图，开启了统计分析品质管理的新时代。二十世纪70年代后期到80年代初期之前公司只要投资重金于检验输出的产品,就可以使顾客获得高质量的产品和服务。这种观点是：质量是检验出来的。很明显，这种做法会使报废率增加，进而成本会增加，并不能真正的保证质量和提高品质。W.EdwardsDeming,JosephJuran等人给公司带来的理念是创造一个强调过程控制的生产和服务模式。即现在的SPC。

美国从20世纪80年代起开始推行SPC。美国汽车工业已大规模推行了SPC，如福特汽车公司，通用汽车公司，克莱斯勒汽车公司等。美国钢铁工业也大力推行了SPC，如美国LTV钢铁公司，内陆钢铁公司，伯利恒钢铁公司等等。SPC防患于未然的宗旨得到了广大企业的认同，因为这种方法是很科学的。在生产过程中，产品的加工尺寸的波动是不可避免的。因为它受人、机器、材料、方法和环境等基本因素的波动一起影响的。波动分为两种：正常波动和异常波动。正常波动是偶然性原因（不可避免因素）造成的。它对产品质量影响较小，在技术上难以消除，在经济上也不值得消除。异常波动是由系统原因（可避免因素）造成的。它对产品质量影响很大，但能够采取措施避免和消除。过程控制的目的就是消除、避免异常波动，使过程处于正常波动状态，以预防为主，控制生产质量。二.SPC技术原理与实施SPC技术原理：统计过程控制（SPC）是一种借助数理统计方法的过程控制工具。它对生产过程进行分析评价，根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆，并采取措施消除其影响，使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态，以达到控制质量的目的。当过程仅受随机因素影响时，过程处于统计控制状态（简称受控状态）；当过程中存在系统因素的影响时，过程处于统计失控状态（简称失控状态）。由于过程波动具有统计规律性，当过程受控时，过程特性一般服从稳定的随机分布；而失控时，过程分布将发生改变。SPC正是利用过程波动的统计规律性对过程进行分析控制的。因而，它强调过程在受控和有能力的状态下进行，从而使产品和服务稳定地满足顾客的要求。SPC的实施：SPC的实施分为两个阶段：一是分析阶段；二是监控阶段。在这两个阶段所使用的控制图分别被称为分析用控制图和控制用控制图。分析阶段的主要目的：一、使过程处于统计稳态；二、使过程能力足够。

分析阶段分析阶段首先要进行的工作是生产准备，即把生产过程所需的原料、劳动力、设备、测量系统等按照标准要求进行准备。生产准备完成后就可以进行，注意一定要确保生产是在影响生产的各要素无异常的情况下进行；然后就可以用生产过程收集的数据计算控制界限，作成分析用控制图、直方图、或进行过程能力分析，检验生产过程是否处于统计稳态、以及过程能力是否足够。如果任何一个不能满足，则必须寻找原因，进行改进，并重新准备生产及分析。直到达到了分析阶段的两个目的，则分析阶段可以宣告结束，进入SPC监控阶段。

监控控阶阶段段监控控阶阶段段的的主主要要工工作作是是使使用用控控制制用用控控制制图图进进行行监监控控。。此此时时控控制制图图的的控控制制界界限限已已经经根根据据分分析析阶阶段段的的结结果果而而确确定定，，生生产产过过程程的的数数据据及及时时绘绘制制到到控控制制上上，，并并密密切切观观察察控控制制图图，，控控制制图图中中点点的的波波动动情情况况可可以以显显示示出出过过程程受受控控或或失失控控，，如如果果发发现现失失控控，，必必须须寻寻找找原原因因并并尽尽快快消消除除其其影影响响。。监监控控可可以以充充分分体体现现出出SPC预预防防控控制制的的作作用用。。在工工厂厂的的实实际际应应用用中中，，对对于于每每个个控控制制项项目目，，都都必必须须经经过过以以上上两两个个阶阶段段，，并并且且在在必必要要时时会会重重复复进进行行这这样样从从分分析析到到监监控控的的过过程程。。三.SPC作作用用简简析析SPC强强调调全全过过程程监监控控、、全全系系统统参参与与，，并并且且强强调调用用科科学学方方法法（（主主要要是是统统计计技技术术））来来保保证证全全过过程程的的预预防防。。正正是是它它的的这这种种全全员员参参与与管管理理质质量量的的思思想想，，实实施施SPC可可以以帮帮助助企企业业在在质质量量控控制制上上真真正正作作到到““事事前前””预预防防和和控控制制，，SPC可可以以：：1.对对过过程程作作出出可可靠靠的的评评估估；；2.确确定过过程的的统计计控制制界限限，判判断过过程是是否失失控和和过程程是否否有能能力；；3.为为过程程提供供一个个早期期报警警系统统，及及时监监控过过程的的情况况以防防止废废品的的发生生；4.减减少少对常常规检检验的的依赖赖性，，定时时的观观察以以及系系统的的测量量方法法替代代了大大量的的检测测和验验证工工作。。有了以以上的的预防防和控控制，，我们们的企企业当当然是是可以以：确保制制程持持续稳稳定、、可预预测；；为制制程分分析提提供依依据；；区分分变差差的特特殊原原因和和普通通原因因，作作为采采取局局部措措施或或对系系统采采取措措施的的指南南；有有效地地降低低了成成本与与不良良率，，同时时减少少返工工和浪浪费;提高高劳动动生产产率和和核心心竞争争力;赢得得广泛泛客户户;更更好地地理解解和实实施质质量体体系。。四.质质量管管理七七大工工具质量管管理七七大工工具1.直直方图图2.流流程图图3.排排列图图4.管管制图图5.调调查表表6.因因果图图7.水水平对对比法法管制图图的制制作与与分析析直方图图直方图图是用用来分分析数数据信信息的的常用用工具具，它它能够够直观观地显显示出出数据据的分分布情情况。。流程图图流程图图是将将一个个过程程的步步骤用用图的的形式式表示示出来来的一一种图图示工工具。。它既既可以以用来来描述述现有有过程程，亦亦可用用来设设计一一个新新过程程。钻孔工工艺流流程图图排列图图排列图图又叫叫帕累累托图图，它它是将将各个个项目目从最最主要要到最最次要要的顺顺序进进行排排列的的一种种工具具管制图图管制图图用来来对过过程状状态进进行监监控，，并可可度量量、诊诊断和和改进进过程程状态态。SPC过程程控制制分析析用图图。调查表表调查表表又叫叫检查查表、、统计计分析析表等等，用用来系系统地地收集集资料料和积积累数数据，，确认认事实实并对对数据据进行行粗略略整理理和分分析的的统计计图表表。因果图图因果图图又叫叫鱼刺刺图，，用来来罗列列问题题的原原因，，并将将众多多的原原因分分类、、分层层的图图形。。水平对对比法法水平对对比法法是通通过不不断地地将企企业流流程与与世界界处于于领先先地位位的企企业相相比较较，以以获得得有助助于改改善经经营绩绩效的的信息息。它它是一一项有有系统统的、、持续续性的的评估估过程程。工序1工序2工序3工序a工序b工序c工序4工序d最先进进工艺流流程相关类类统计计基础础知识识1.总总体：：研究究对象象的全全体。。2.样样本：：从一一个总总体中中随机机的抽抽取n个个个体X1,X2,…Xn，，这这样取取得（（X1,X2,…Xn））称称为总总体X的一一个样样本。。3.样样本容容量：：样本本中个个体的的数目目n即即为样样本容容量。。五.管管制图图的制制作与与判断断4.X﹕算术平平均数数：n個樣本本數X1,X2,…Xn的平均數數。5.全全距R（又又名极极差））：n个样样本中中最大大值与与最小小值的的差值值。6.中中位数数：将n个个数从从大到到小排排列，，若n为奇奇数，，则中中间的的那个个数就就是中中位数数；若若n为为偶数数，则则中位位数取取中间间两个个数的的平均均值。。X=--------

nni=1xi8.σσ标准准差σn=—————————=[(x1-x)2+(x2-x)2+…+(xn-x)2]nni=1(Xi-X)21(n-1)7.众众数：：n个样样本中中，出出现次次数最最多的的数字字，可可以是是一个个，也也可以以是多多个。。9.常常态分分布：：μ±Kσ在内之概率在外之概率μ±0.67σ50.00%50.00%μ±1σ68.26%31.74%μ±1.96σ95.00%5.00%μ±2σ95.45%4.55%μ±2.58σ99.00%1.00%μ±3σ99.73%0.27%10.3原则不论与取值为为何，，只要要上下下限距距中心心值（（平均均值））的距距离各各为3，则产产品质质量特特征值值落在在范围围内的的为99.73%.产品品质量量特征征值落落在[-3,+3]之外外的概概率为为0.27%，，其中中单侧侧的概概率分分别为为0.135%。99.73%-3+3当产品品的质质量特特性值值的分分布,均处处于控控制界界限(μ±3)之内,且围围绕μμ值均均匀随随机分分布时时,则则称过过程处处于受受控状状态.管制图图管制图图（又又名控控制图图）：：管制图图是对对过程程质量量加以以测定定、记记录并并分析析从而而对过过程进进行控控制管管理的的一种种图。。图中中包含含中心心线（（CL）、、上控控制限限（UCL）、、下控控制限限（LCL），，并有有按时时间顺顺序抽抽取的的样本本统计计数值值的描描点序序列。。如下下图所所示：：正态分分布向向管制制图的的转化化：管制图图的形形成图中UCL=+3为上控控制限限，CL=为中心心线，，LCL=-3为下控控制限限.控控制图图是以以正态态分布布中的的3原理为为理论论依据据，中中心线线为平平均值值,上上下控控制界界限为为以平平均值值加减减3的值，，以判判断过过程中中是否否有问问题会会发生生。+3s12345678910-3s平均值点落在该区间的概率为99.73%管制图图的建建立四步走走：收集数数据过程控控制分分析与与判断断计算控控制限限过程能能力解解释第一步步：收收集数数据选择子子组大大小、、频率率和数数据建立管管制图图并记记录原原始数数据计算每每个子子组的的均值值X和和极差差R选择控控制图图的刻刻度将均值值和极极差画画到控控制图图上子组大大小子组频频率子组数数大小小子组大大小子组频频率子组数数大小小生产量量：如如：生生产量量是1w取取n大大于等等于5；生生产量量几百百/天天；n取2—5（每每组至至少100个样样本））至少为为25组数数据，，这与与“每每组至至少100个””的条条件必必须同同时满满足；；（行行业惯惯例））几小时时每次次，主主要依依据样样本的的差异异取样的的方式式取样必必须达达到组组內变变异小小，组组间变变异大大样本数数、频频率、、组数数的说说明组数的的要求求(最少25组)当制程程中心值值偏差差了两两个标准准差时时，它它在控控制限內的的概率率为0.84，，那么连续续25点在线內內的概概率为：每个子子组的的平均均值和和极差差的计计算11009899100982989998101973999710010098410010010199995101999910099平均值99.698.699.410098.2极差33322平均值值和极极差平均值值的计计算R值的计算算计算平平均极极差及过程程平均均值计算控控制限限在控制制图上上作出出平均均值和和极差差控制限限的控控制限限第二步步：计计算控制制限x，x是3倍标标准差差的修修正值值；；A2与样样本的的大小小有关关先R图再X图RDLCLRDUCLRCLRAXLCLRAXUCLXCLRRRXXX3422===-=+==全距管制图平均值管制图第三步步：过过程控控制分分析与与判断断1.分析极极差图图上的的数据据点2.识识别并并标注注特殊原原因(极差差图））3.重重新计计算控控制界界限(极差差图)4.分分析均均值图图上的的数据据点超出控控制限限的点点、链链，明明显的的非随随机图形超出控控制限限的点点、链链，明明显的的非随随机图图形5.识识别并并标注注特殊殊原因因（均均值图图）6.重重新计计算控控制界界限(均值图图)7.为为了继继续进进行控控制而而扩大大控制制限控制图图的判判断：：超出控控制线线的点点：出现现一个个或多多个点点超出出任何何一个个控制制界限限是该该点处处于失失控状状态的的主要要依据据UCLCLLCL异常异常链：有下下列现现象之之一即即表明明过程程以改改变连续7点位位于平均值值的一一侧连续7点上上升(后点点等于于或大大于前前点)或下降降。UCLCLLCL明显的的非随随机图图形：应依依据正正态分分布来来判定定图形形，正正常应应是有有2/3的点落落在中中间1/3的区域域。UCLCLLCL控制图图的观观察分分析作控制制图的的目的的是为为了使使生产产过程程或工工作过过程处处于““控制状状态”。控控制状状态即即稳定定状态态，指指生产产过程程或工工作过过程仅仅受随随机因因素的的影响响，产产品质质量特特性的的分布布基本本上不不随时时间变变化而而变化化的状状态。。反之之，则则为非非控制制状态态或异异常状状态。。控制状状态的的标准准可归归纳为为两条条：第一条条,控制图图上点点不超超过控控制界界限；；第二条条,控制图图上点点的排排列分分布沒沒有缺缺陷。。进行控控制所所遵循循的依依据：：连续25点点以上上处于于控制制界限限内；；连续35点点中,仅仅有1点超出控控制界界限；；连续100点中,不多于于2点超出控控制界界限。五种缺缺陷1.链链：点点连续续出现在在中心心线CL一侧的的想象象称为为链,链链的长度度用链链內所所含点点数多多少来来判別別。当出现5点链链时，，应注意发发展情情況，，检查查操作作方法法有无无异常常；当出现现6点链链时，，应开开始调查查原因因；当出现现7点链链时，，判定为为有异异常，，应采采取措措施。。从概率率的计计算中中，得得出结结论：：点出在中心心线一侧侧的概率率A1=1/2点连续出现在中中心现一一侧的概概率A1=(1/2)7=1/128(0.7%)即在128次中才发发生一次次，如果果是在稳稳定生产产中处于于控制状状态下，，這种可可能性是是极小的的。因此此,可以认为为这时生生产状态态出现异异常.2.偏离离：较多多的点间间断地出现在在中心线线的一侧侧时就可可以认为为是偏离离.如有一下下情况则则可判断断为异常常状态。。连续的11点中中至少有有10点点出现在在一侧时时；连续的14点中中至少有有12点点出现在在一侧时时；连续的17点中中至少有有14点点出现在在一侧时时；连续的20点中中至少有有16点点出现在在一侧时时。3.倾向向：若干点连连续上升升或下降降的情况况称为倾倾向，其其判别准准则如下下：当出现连续续5点不断上升升或下降降的趋向时，，要注意该该工序的的操作方方法；当出现连连续6点不断上升升或下降降的趋向向时，要要开始调调查原因因；当出现连连续7点不断上升升或下降降的趋向向时，应应判断为为异常，，需采取取措施。。4.周期：点点的上升升或下降降出现明明显的一一定的间间隔时间间称为周周期。周期包括括呈阶梯梯形周期期变动、、波状周周期变动动、大小小波动等等情况。。5.接近：图图上的点点接近中中心线或或上下控控制界限限的现象象称为接接近。接接近控制制界限时时，在中中心线与与控制界界限间作作三等分分线，如如果在外外侧的1/3带带状区间间內存在下下述情况况可判定定为异常常：连续3点中有2点(该该两可不连续续)在外侧的的1/3带带状区间间內；连续7点中有3点(该该3点可不连续续)在外侧的的1/3带带状区间间內；连续10点中有4点(该该4点可不连续续)在外侧的的1/3带带状区间间內。第四步：：过程控控制分析析与判断断过程能力解释1.计算过程的标准偏差2.计算过程能力3.评估过程能力4.提高过程能力5.对修改的过程绘制管制图并分析Ca:制制程准确确度u:规格格中心值值T：公差差（规格格上限USL-规格下下限LSL）各制程的的规格中中心值设设定之目目的：就就是希望望各工程程制造出出来的各各个产品品的实际际值以规规格中心心为中心心，呈左左右对称称之常态态分布，，而制造造时，也也应以规规格中心心值为目目标。Cp:制制程精密密度各工程规规格上下下限的设设定目的的，乃是是希望制制造出来来的各个产产品的