统计过程控制SPC的基本概念与应用

GB/T18305-2003/ISO/TS16949:2002北京寰发启迪认证咨询中心质量管理工具培训第七讲统计过程控制SPC（一）质量管理体系汽车生产件及相关维修零件组织应用ISO9001:2000的特别要求1第一页，共三十七页。五大核心工具的第一个“质量先期策划APQP”及标准均要求使用SPC，我们将分两讲学习这一重要工具。

本讲目录

一统计过程控制SPC的基本概念二直方图等统计工具的应用三过程变差与统计

统计过程分析SPC2第二页，共三十七页。

SPC全称是“StatisticalProcessControl”，即统计过程控制，是1924年美国休哈特博士发明控制图后产生的，通过各种工具来区分普通原因变差和特殊原因变差，以便对特殊原因变差采取措施。常用的统计工具有直方图、过程能力分析、控制图等。一统计过程控制SPC的基本概念

统计学(Statistics):*收集、整理、展示、分析、解析统计资料；*由样本(sample)推论母体/群体(population)；*能在不确定的情况下通过分析作出决策，是科学的方法和工具。抽样Xµ推论3第三页，共三十七页。

著名的质量管理专家朱兰对于质量问题，有著名的80/20原则：企业领导层可以解决80%的质量问题，而基层职工只能解决20%的质量问题。*如何发现、判断这80%和20%的质量问题，并区别各种问题不同原因，是统计过程控制SPC的任务。4第四页，共三十七页。过程品质衡量方式的演进1850高斯常态分布

1924W.AShewhart美国控制图（%）1960日本Ca/Cp/Cpk(ppm)1980Motorola6

σ1992TI1994AlliedSignal95GE98Sony5第五页，共三十七页。过程控制系统1过程：过程是指人员、设备、材料、方法及环境的输入，经由一定的整理程序而得到输出的结果，一般称为成品，成品经观察、测量或测试可衡量其绩效，SPC所控制的过程必须符合连续性原则；2绩效报告从衡量产品得到有关制程绩效的资料，由此提供过程的控制对策或改善成品；3过程中对策是防患于未然的一种措施，用于预防制造出不合规格的成品；4成品改善对已经制造出来的不良品加以选别，进行全数检查并修理或报废。6第六页，共三十七页。过程中对策绩效报告成品改善过程中对策人员设备材料方法环境成品7第七页，共三十七页。SPC导入流程建立可解决问题之系统确认关键过程及特性导入SPC进行关键过程及特性之控制检讨过程能力符合规格程序持续进行过程改善计划提报及执行过程改善计划不足8第八页，共三十七页。*数字数据的处理步骤：---原始资料审核，保证资料的真实性；---分类的决定，分成几类，避免重复及遗漏；---分类后整理，进行归类；---列表，根据结果编成适用的表格；---绘图，绘制统计表。*数据的收集与整理应确定：---抽样的时间间隔；---样本的大小；---随机抽样的安排；---抽样的分布等。样本数据结论群体抽样测试分析行动SPC的基础--数据处理9第九页，共三十七页。企业有效实施SPC的效益通过有效实施SPC，可以从以下几个方面使企业受益：提高产品质量水平降低质量成本提高客户满意度，赢得更多客户实物质量和管理质量的持续改进帮助取得ISO9000、QS9000认证以科学理论依据和量化管理保证最终输出提高整个供应链的信心10第十页，共三十七页。二直方图等统计工具的应用*统计技术的范围很广，内容很多，经常使用的有：老七种工具：

直方图、排列图、控制图、因果图、检查表、层别法、散布图新七种工具：

关联图、亲和图、系统图、矩阵图、箭头表、过程决策法、矩阵数据分析其他：

概率、抽样检验、方差分析、回归分析、试验设计等*QS9000SPC要求使用的主要有直方图、控制图、过程能力分析等。11第十一页，共三十七页。直方图

直方图也叫质量分布图、矩阵图、柱形图、频数图；直方图是将测量所得的一批数据按大小顺序排列，并将它划分为若干区间，统计各区间的数据频数（或频率），以这些频数（或频率）的分布状态用直方形表示的图表。频数LSLSLUSL质量特征值12第十二页，共三十七页。直方图的作用直观地传达有关过程质量分布情况供质量状况分析参考显示波动的形态，知道其是否变异；观察产品质量在某一时间段内的整体分布状况；研究过程能力或预测过程能力调查是否混入两个以上的不同群体测知是否有虚假数据指定产品的规格界限计算平均值和标准值13第十三页，共三十七页。直方图制作举例（例1）第一步：数据收集（n=72)1.351.371.401.381.401.361.391.381.411.371.391.411.421.411.371.431.431.401.381.411.341.441.361.401.451.391.351.401.391.401.361.431.381.431.421.421.431.401.381.411.391.371.381.421.361.401.421.401.391.351.411.371.411.391.431.391.401.401.381.441.441.381.391.371.421.441.451.451.391.341.411.44*某零件的某特殊特性尺寸规格中心1.40，公差为±0.07；随机在一批产品中抽样72件：14第十四页，共三十七页。数值次数划记次数1.34XX21.35XXX31.36XXXX41.37XXXXXX61.38XXXXXXXX81.39XXXXXXXXXX101.40XXXXXXXXXXX111.41XXXXXXXX81.42XXXXXX61.43XXXXXX61.44XXXXX51.45XXX3并将数据分类填表15第十五页，共三十七页。第二步：计算、分组---计算极差R：（R又叫全距）Xmax=1.45Xmin=1.34R=Xmax-Xmin=1.45-1.34=0.11---设定组数：数据总数n50--100100--250250以上建议分组数6—10组7—12组10—20组

本例n=72，可选组数6，

---计算组距h：h=R/6=0.11/6=0.01816第十六页，共三十七页。组别组距上下限值中心值频数11.34—1.3581.349521.358---1.3761.3671031.376—1.3941.3851841.394—1.4121.4031951.412---1.431.4211261.43---1.451.4398第三步：计算每组的中心、下限、上限，并列出频数表17第十七页，共三十七页。第四步：按频数画纵、横坐标及直方图5101520频数1.341.3581.3761.3941.4121.431.45

LSLSLUSL*SL为规格中心，LSL为下公差线，USL为上公差线18第十八页，共三十七页。第五步：根据直方图画分布曲线5101520频数1.341.3581.3761.3941.4121.431.45

LSLSLUSL*本例的分布曲线是正态分布，服从统计规律，说明过程正常19第十九页，共三十七页。直方图分析030缺齿型：可能是测量器具精度不够或分组不当造成。孤岛型：可能是测量不当或变换加工条件造成的。51015202505101520253020第二十页，共三十七页。偏向型：可能是设备偏差或加工习惯造成的，如孔的加工往往偏小。051015202530双峰型：可能是两种条件下生产的，或过程有变异产生。21第二十一页，共三十七页。直方图与因果图结合使用寻找关键控制变量

量具偏差某產品質量問題噪聲灰塵環境情緒不穩定培訓不足人過程無控制方法作業指導書不完善方法量具標准量具不穩(小原因)机器(大原因)年久失修(中原因)成分變化厚度變差材料因果圖*在因果图的基础上，通过直方图分析各因素变换条件时产品特性分布，可以得出那些因素对该特性起关键影响的结论。22第二十二页，共三十七页。某產品過錫爐后QC檢查發現的缺陷如下：1.錫珠7Pcs 2.少錫3Pcs3.假焊2Pcs 4.元件損坏1Pcs利用排列图分析各种缺陷影响程度23第二十三页，共三十七页。三过程变差和统计

我们知道，没有两件产品或特性是完全相同的，因为任何过程都存在许多变差；产品间或过程的变差也许很大，也许小得无法测量，但这些变差总是存在的。

这些变差有什么区别和特点，如何发现和研究变差的趋势，进而通过改进或纠正措施减少或控制变差，是我们的工作，也是统计过程控制SPC的任务。24第二十四页，共三十七页。---人为因素，包括质量意识、工序熟练程度、遵守工艺纪律和疲劳的情况等；---机器方面，包括机器的制造精确度、维修和保养状态等因素；---材料方面，包括材料的均匀程度、切削性能、加工工艺等因素；有不同批次之间的差异，也有批次内的差异，还有时间、环境造成的；---制造方法，包括加工工艺方法、操作规程、工装夹具等因素；---环境方面，包括制造现场环境对人体及物料的影响等；---测量方面，包括测量量具的精确度（偏倚）、重复性（一个操作人采用一种测量器具，多次测量同一尺寸的变差）、再现性（不同的操作人，采用同一测量器具，分别测量同一尺寸的变差）、稳定性（同一测量系统在不同时间测量同一尺寸时的至少两组测量值的总变差）和线性（在量具规定的量程内，不同测量点的偏差值的差值）。过程变差25第二十五页，共三十七页。普通原因与特殊原因之变异普通原因变差：---过程中变异因素是在统计的控制状态下，其产品特性有固定的分配；---影响过程中的每个单位；---在控制图上表现为随机性，无明确的图案，但遵循一个分布；---是由所有不可分派的小变差组成，通常需采取系统措施来减小。特殊原因变差：---过程中变异因素不在统计的控制状态下，其产品特性没有固定的分配；---间断的，偶然的，通常是不可预测的和不稳定的变差；---非随机性的；---是由可分派的变差源造成的，该变差源可以被纠正。工业经验说明：---只有过程变差的15%是特殊的，可以通过与操作直接有关的人员纠正；---大部分的85%，是管理人员通过对系统采取措施可减小的。26第二十六页，共三十七页。波动与波动源没有两个产品是完全一样的，产品间的差异就是波动；波动是通过适当的特殊特（过程和产品特性）表现出来的。*过程中有许多产生波动的波动源，如加工机械轴的直径可能有的波动源：---机器：零件的磨损和老化；---工具：强度不同、磨损率差异；---材料：硬度、成分、产地不同；---操作者：对准精度不同，情绪影响等；*不同的变差应采取不同的行动去排除或减少：---测量：视觉误差，心理障碍，量具差异；---维护：润滑程度，替换部件；---环境：温度、湿度、光线、电源电压波动。行动局部行动对系统采取行动--可排除特殊波动源--可由操作者或接近过程的人完成--可排除过程中发生问题的15%--可用来减弱正常波动源--几乎都由管理者完成，固称管理行动--可排除过程中发生问题的85%27第二十七页，共三十七页。过程控制过程分类受控不受控符合要求（合格）1类3类不符合要求（不合格）2类4类*如果只存在变差的普通原因，随着时间的推移，过程的输出形成一个稳定的分布，并可预测；*如果存在变差的特殊原因，随着时间的推移，过程的输出会不稳定；28第二十八页，共三十七页。1类（符合要求，受控）：----是理想状态，为持续改进可能需要进一步减小变差；2类（不符合要求，受控）：----虽然受控，但存在过大的普通原因变差；----短期内应进行100%检测以保护客户不受影响；----必须进行持续改进，找出并消除或减小普通原因的影响。29第二十九页，共三十七页。3类（符合要求，不受控）：----有相对较小的普通原因和特殊原因变差；----存在的特殊原因已经明确，但消除其影响可能不大经济，且客户可能接受这种过程状态。4类（不符合要求，不受控）：----存在过大的普通原因及特殊原因的变差；----需要进行100%检测以保护客户的利益；----必须采取紧急措施使过程稳定，并减小变差。30第三十页，共三十七页。

σ标准差（standarddeviation)基本统计概念-----σn-1是样本标准差，一般取样数较大时，计算中时均采用σn-131第三十一页，共三十七页。仍按直方图制作的例1：*全距R：

Xmax=1.45Xmin=1.34

R=Xmax-Xmin=1.45-1.34=0.11*算术平均值X(µ):X==(1.34X2+1.35X3+---1.45X3)÷72=1.398*中位数Md：1.40(72个数中间的那个，如n为偶数，取两个中间数的均值）*众数：1.40

（72个数中出现最多的那个数）*方差/变异σ2

：一般用σn-12=本例中σ2

=(（1.34-1.398)2+（1.35-1.398)2+---+（1.45-1.398)2)

÷71*标准差σ(一般用σn-1）：经计算，本例σn-1=0,028nMi=1nXiMi=1nn-1(Xi-X)2基本统计量的计算32第三十二页，共三十七页。对过程变差的统计分析对中性LSLSLUSLSL超差变差（波动）-3σ3σ-2σ-1σ1σ2σ-3σ3σσ较大时σ较小时µ偏离规格中心时µµµ基本与规格中心重合时LSLUSLLSLUSL33第三十三页，共三十七页。正态分布的性质-3σ-2σ-1σµ1σ2σ3σ机会率50.00%68.26%95.0