第五章过程质量控制

第五章过程质量控制第一节质量变异与过程控制一、质量变异及规律（一）质量变异产生的原因所谓质量变异，指同一批量的产品，即使所采用的原材料、生产工艺和操作方法相同，但其中每个产品的质量也不能丝毫不差，完全相同，它们之间或多或少总会有些差别，这种差别被称为变异。产生这种变异的原因在于产品的生产过程中存在太多的变异源。生产中的各种要素，如原材料、工艺方法、操作者、机器设备、检测方法和环境等都存在着变异性。为了进一步认识变异和减少变异，人们又把质量变异分为正常变异和异常变异。1、正常变异产品的正常变异是指由生产过程中的偶然因素引起的变异。如机械设备的正常磨损，模具、量具的微小变形，物理、化学性能、表面形状的微小差异等都属于偶然因素。偶然因素不可避免，对产品质量影响较小，不会因此造成不合格产品。生产过程只存在偶然因素影响的状态称为处于稳定状态或统计控制状态。2、异常变异产品的异常变异是指由生产过程中的系统性因素引起的变异。如混入不同规格成分的原材料，设备过度耗损或者调整不准确，不同人员进行操作等。这类因素数目不多但对产品质量影响较大，可造成不合格产品，但在一定条件下却可以发现并能相对经济的消除。生产过程中存在系统因素的状态称为非稳定状态或非系统控制状态。（二）产品质量变异的规律（根据中心极限定理）生产过程中众多彼此独立的偶然因素共同对生产对象的产生影响时，彼此相互影响、相互抵消——最终使产品质量特性呈正态分布。如下图（μ为质量特性值的平均值，σ为其标准偏差）：凡是质量特性在区间μ±3σ范围内，质量差异都是正常的、不可避免的，是偶然因素造成的结果；如果质量差异超出了这个界限，则是系统因素造成的。二、过程分析

（一）过程分析的概念过程分析就是对过程中影响产品质量的各类因素进行分析，找出主导因素，调查这些因素与产品质量之间的关系（特别是是数量关系），然后建立过程因素的管理标准，根据标准开展过程质量控制活动。（二）过程质量的支配性因素支配性因素是在过程中起支配作用的少数因素，取决于不同行业和不同产品。在制造过程中一般起支配作用的因素包括：定位装置、机器设备、操作人员、原材料、信息。（三）过程分析的程序1、分析过程质量因素的状态2、选择过程质量特性值3、分析影响质量特性值变异的因素4、确定支配性因素的控制标准5、实施控制、验证标准三、过程控制（一）过程控制的含义过程控制就是维持工作长期处于稳定状态的活动。如：安排合适的工人和配置适当的设备，组织有关部门密切配合，判断变异并采取措施。（二）过程控制的内容包括：对生产条件、关键工程、计量和测试、不合格品的控制。第二节过程能力一、过程能力概述*过程能力概念过程能力指处于稳定状态下的过程的实际加工能力。当过程处于稳定状态时，一般用产品质量特性值的变异程度来表示过程能力。标准差σ反映了质量特性值的分散程度。根据正态分布的性质，落在μ±3σ范围内的产品质量特性值占到全部产品的99.73。通常以±3σ，即6σ为标准来衡量过程能力。记过程能力为B，则B＝6σ。二、过程能力指数

（一）过程能力指数的概念过程能力指数指过程质量要求与过程能力的比值，通常以Cp表示。其中T为产品的技术标准或者技术要求（二）过程能力指数的计算1、计量值的过程能力指数的计算所谓计量值是指对产品质量特性进行测量所得的观测值。如：以米（m）表示的长度，以欧姆（Ω）表示的电阻，以分贝（dB）表示的噪声等。1)双侧公差且分布中心和标准中心重合的情况2)双侧公差且分布中心和标准中心不重合的情况3)单侧公差情况下Cp值的计算①只规定标准上限②只规定标准下限2、计件值过程能力指数的计算3、计点值过程能力指数的计算三、过程不合格品率的计算（一）分布中心和标准中心重合的情况（二）分布中心和标准中心不重合的情况四、过程能力分析（一）过程能力的综合评定（二）过程能力处置（一）过程能力的综合评定1、关键质量特性过程能力综合评定范围判断措施2.33>Cp>2理想状态用控制图或其他有效手段对过程进行监督和控制2≥Cp>1.67低风险分析影响过程能力的主要因素，建立质量控制点1.67≥Cp>1.33中风险强化质量控制检验，增加检验频次，即使反馈质量信息，分析质量变异原因，采取有效措施，提高Cp值1.33≥Cp>1高风险进行全数检验，剔除不合格品或进行分级筛选1≥Cp极高风险停止生产，查明系统性因素，采取措施，提高Cp值2、重要质量特性过程能力综合评定范围判断措施2.33>Cp>2能力过剩简化质量检验，采取抽样检验或减少抽样频次2≥Cp>1.67理想状态用控制图或其他有效手段对过程进行监督和控制1.67≥Cp>1.33低风险对产品按正常规定进行检验，完善质量控制点1.33≥Cp>1中风险实行控制，加强检查，采取措施，提高过程能力1≥Cp高风险进行全数检验，剔除不合格品或进行分级筛选3、一般质量特性过程能力综合评定范围判断措施2.33>Cp>2能力极过剩更换设备，降低对设备精度的要求2≥Cp>1.67能力过剩采取抽样检验，减少抽样频次，也可考虑降低设备精度1.67≥Cp>1.33理想状态对过程进行标准化作业1.33≥Cp>1低风险在不影响正常使用的情况下，可适度放宽标准范围1≥Cp中风险适当增加检验频次，如对后续过程有影响时，找出原因，加以改进（二）过程能力处置在过程质量控制中，要求过程能力指数处于理想状态。但实际过程能力指数可能处于过剩区或风险区，对此都要采取相应的措施进行处置。1、过程能力指数过大的处置方法（1）降低过程能力可采用精度较低但效率高、成本低的设备或降低对工艺技术和原材料的要求。（2）提高质量标准，提高规格要求，使产品质量处于最佳质量水品。2、过程能力指数过小的处置方法过程能力处于风险区时，意味着产品不合格率的增大，此时，可根据实际过程情况采取以下措施:（1）调整过程加工的分布中心，减少偏移量ε。措施包括：加大对生产过程的统计分析，根据中心偏移量，通过首件检验调整设备，改变操作者习惯，如孔、轴加工向最大尺寸偏移的倾向性习惯，以标准中心为加工依据。（2）提高过程能力，减少分散程度。①修订过程，改进工艺方法，优化工艺参数，推广应用新材料、新工艺、新技术；②改造更新与产品质量标准要求相适应的设备，对设备进行周期性检查，按计划维护。③提高工具、工艺设备的精度，保证环境条件，加强人员培训，加强现场质量控制，设置关键点控制。（3）适当放宽标准范围第三节过程控制常用工具质量管理统计方法是运用数理统计的原理，通过对具有代表性的局部情况进行调查分析，找出局部质量变化的规律性，并据此预测和推断总体的质量，从而进行质量控制。采用统计方法的程序是：（1）收集与整理数据；（2）依据已整理好的数据统计图表进行统计分析，若发现异常，需找出其影响因素，以便消除；（3）根据统计分析结果，对总体质量的现状和发展趋势做出判断，以便采取措施进行控制。

一、排列图

排列图全称“主次因素排列图”，也称为Pareto图。它是用来找寻影响产品质量的各种主要因素的一种方法。排列图最早是被意大利经济学家帕雷托用来分析社会财富分布状况的，他发现社会大部分财富都掌握在少数人手里，即所谓的“”关键的少数和次要的多数”的关系。后来，美国质量管理学家朱兰把这一原理应用到质量管理中，作为改善质量活动找寻主要因素的一种工具。例

某企业生产的某型号无缝钢管不合格数为120根，统计表如下表所示，根据统计表做出的排列图如下图所示。

图中，横坐标表示影响产品质量的因素，并按频率高低从左到右排列。设两个纵坐标，左边的纵坐标表示频数，右边的纵坐标表示频率。按每一因素频数大小绘制方形并按累计频率划出折线。通常，可将累计频率分成三类：0-80%为A类，相对应的因素是影响产品质量的主要因素；80%-90%为B类，相对应的因素是影响产品质量的次要因素；90%-100%为C类，相对应的因素是影响产品质量的一般因素。因此，本例中产生不合格品的主要问题是“壁厚不匀”和“裂纹”两项。

练习题：某厂对一种产品进行质量检查，发现220件不合格品，按产生不合格品的原因进行分类如下表所示。试做出排列图并分析。原因设备操作工艺工具其他频数3510523561二、因果分析图

这是用来分析产生质量问题的具体原因的一种方法。用排列图可以找到影响质量的主要问题，而要解决这些问题，还必须把产生问题的原因查清，有的放矢。因果分析图法就是从某一质量问题这一结果出发，层层分析、寻找产生这种结果的原因（原因分析一般从4M1E入手），直至能采取措施解决质量问题为止。这种方法一般在图中进行，将大家提出的看法整理后反映在图上，如下图所示。在运用因果分析图时，一般应把与某一质量问题有关的人员组织起来，采用分析讨论会的方式，让大家畅所欲言，集思广益，找出影响质量的原因，并有系统的分析出他们的因果关系。

三、直方图法

直方图是将工序中随机抽样得到的质量数据整理后分成若干组，画出以组距为底边、以频数为高度的系列矩形连接起来的矩形图，是表示质量数据离散程度的一种图形。通过直方图可认识产品质量的分布状况，判断工序质量的好坏，预测制造质量的发展趋势，及时掌握工序质量变化规律。

常见的异形直方图有锯齿形、孤岛形、偏向形、双峰形、平顶形等五种，如下图。锯齿形，一般由于分组不当、测量误差造成；孤岛形，是由于加工条件发生突变（如不熟练的工人顶班等）造成；偏向形，一般由加工习惯造成；双峰形，往往是把来自两个总体的数据混在一起所致；平顶形一般是生产过程中某种缓慢变化的因素影响而造成，如刀具磨损、操作者疲劳等。对每种异形直方图，要找出原因，采取措施及时予以纠正。

在生产正常情况下，直方图呈正态分布形状，分布在公差范围之内（见图9.12a）。如果根据实际资料绘出的图不是呈正态分布状的直方图（见图9.12b-f），说明工序质量不稳定，易出现不合格品。图9.12b直方图的分布范围B虽然在公差范围T内，但偏向一边，此时发生废品的可能性极大，需采取措施移动分布中心；c图的分布虽然在公差范围内，但完全没有余地，很容易超差，应设法提高加工精度，缩小分布范围；d图的分布范围大大小于公差范围，产生过大的剩余精度，此时应考虑生产的经济性，可改变加工精度和缩小公差；e图的分布中心过于偏离公差中心，已造成超差，需采取措施调整分布中心；f图的分布范围超出公差界限，已出现一定数量的废品，应采取措施缩小波动。四、相关图法

相关图又称散布图，它是分析研究两个变量之间相关关系的一种图表。在产品质量和影响质量的因素之间，常常有一定的依存关系，这种关系有的是确定的函数关系，有的则是不确定的关系。如照明度与测量误差、淬火温度与工件硬度、陶瓷含铅量与彩烤温度、施肥量与粮食产量的关系等等，它们之间的关系不能用函数式表达，但又确实存在着一种数量上的依存关系。这种关系称为相关关系。相关图就是反映和分析这种相关关系的工具。在质量管理中运用这种方法，可帮助我们判断各种因素对产品质量又无影响及影响程度，以便对产品和工序进行有效控制。相关图一般有如下六种典型形式，如图9.14所示。五、控制图法控制图又称管理图，是用于分析和判断工序是否处于稳定状态，并带有控制界限一种的质量管理图表。这种图表可以反映质量特性值随时间而发生的波动状况，从而对生产过程进行分析、监督和控制。控制图的基本格式如下图。

在正常情况下，质量特性值是服从正态分布规律的，即以期望值（理想的质量目标）X为中心线，以X+3σ为上下控制界限，99.73%的质量数据应落在界限内，如果实际的质量分布超出这个范围，或是非随机排列，则说明生产过程不正常，有系统性因素起作用。控制图就是根据这一规律来控制生产过程的。

五、其他方法其他过程控制工具还有：1、检查表检查表又称为调查表或分析表，是使用表格形式来进行数据整理和粗略分析的一种方法。常用的检查