CPK制程能力分析品管中心制作:左新輝

審核:鐘小青日期:2013.9.18瑞豐內部培訓教材制程能力指數分析的目的預測過程質量特征值的變異對公差的符合程度幫助產品開發和過程開發者選擇和設計產品/過程對新設備提出要求評價并選擇供應商過程公差有交互作用時制定工藝規劃找出影響過程質量的瓶頸因素減少制造過程的變異CPK：ComplexProcessCapabilityindex的縮寫，是現

代企業用于

表示制程能力的指標。制程能力是過程性能的允許最大變化范

圍與過程的正常偏差的比值。

制程能力研究在於確認這些特性符合規格的程度，以保證制程成品不符規格的不良率在要求的水準之上，作為制程持續改善的依據,當我們的產品通過了GageR&R的測試之后，我們即可開始Cpk值的測試。

CPK值越大表示品質越佳。Cpk基礎1.Cpk的中文定義為：制程能力指數，是某個工程或制程水準的

量化反應，也是工程評估的一類指標。

2.同Cpk息息相關的兩個參數：Ca,Cp.

Ca:制程準確度。Cp:制程精密度。

3.Cpk,Ca,Cp三者的關系：Cpk=Cp*(1-｜Ca｜)，Cpk是Ca及Cp兩者的中和反應，Ca反應的是位置關系(集中趨勢)，Cp反應的是散布關系(離散趨勢)

4.計算取樣數據至少應有25~32組數據，方具有一定代表性。

5.計算Cpk除收集取樣數據外，還應知曉該品質特性的規格上下

限(USL，LSL)，才可順利計算其值。

6.首先可用Excel的“STDEV”函數自動計算所取樣數據的標準差(σ)，再計算出規格公差(T)，及規格中心值(u).規格公差＝規

格上限－規格下限；規格中心值＝（規格上限+規格下限）/2；Cpk基礎

7.依據公式：Ca=(X-U)/(T/2)，計算出制程準確度：Ca值(x為7

所有取樣數據的平均值)

8.依據公式：Cp=T/6σ，計算出制程精密度：Cp值

9.依據公式：Cpk=Cp(1-|Ca|)，計算出制程能力指數：Cpk值

10.Cpk的評級標準：（可據此標準對計算出之制程能力指數做

相應對策)Cpk基礎

Cpk的取值范圍級別過程能力的評價Cpk≥1.671.67＞Cpk≥1.331.33＞Cpk≥1.01.0＞Cpk≥0.670.67＞CpkⅠⅡⅢⅣⅤ過程能力較高過程能力充分過程能力尚可，但接近1.0

時要注意過程能力不足，需采取措

施過程能力嚴重不足CPK公式匯總

Cpk=Cp*(1-｜Ca｜)或CPK前的準備設備需要穩定(通過GageR&R測試)人員熟練度要夠,要非常清楚測試的手法制程能力要穩定抽樣的水準要定義清楚---隨機抽樣---系統抽樣(每隔多少抽第幾片)---隨機+系統抽樣---抽樣樣本大于25組,每組最好能有5個樣本---抽樣樣本要有代表性,廣泛性5.測試的點要固定6.要親自參與868.26%95.45%99.73%μ+1σ+2σ+3σ-1σ-2σ-3σ正態分布正態分布的特征：1、中間高，兩邊低，左右對稱；兩邊伸向無窮遠。2、與橫坐標所圍成區域的面積為1；制程能力分析的基礎制程能力分析的基礎正態分布概率：u-3σu-2σu-σuu+σu+2σu+3σ

0.340.340.1350.1350.02350.0235P(u-1σ<X<u+1σ)=0.6827P(u-2σ<X<u+2σ)=0.9545P(u-3σ<X<u+3σ)=0.9973P(u-6σ<X<u+6σ)=0.9999966製程能力的基礎

製程能力的意義:製程能力是指製程在管制狀態下,製程符合規格的能力一般以下列的製程特性來衡量製程能力:準確度(CapabilityofAccuracy)簡稱Ca精確度(CapabilityofPrecision)簡稱Cp製程能力的基礎:準確度Ca:實際中心點與規格中心點

的差異稱為準確度在製程上,實際中心與規格

中心的差異愈小,準確度愈

高,製程愈理想準確度A製程:準確度較高,製程較理想B製程:準確度較低,製程較不理想製程能力的基礎:精確度Cp:品質特性的散佈範圍大小或集中度稱為精確度在製程上,散佈範圍(或稱變異)

愈小,精確度愈好,製程愈理想精確度A製程:精確度較高,製程較理想B製程:精確度較低,製程較不理想製程能力的基礎:製程能力的要求:合格==>準確度要高穩定==>精確度要好由以上的要求可知,

所有製程中,A是最

理想A製程:準確度與精確度兩都高B製程:準確度高但精確度差C製程:精確度高但準確度差製程能力指標:Cpk準確度與精確度的綜合指標Ca只能反映製程的準確性Cp只能反映製程的精確性由於Cpk同時考慮準確度與精確度,故應用上最為廣泛製程能力指標:名詞解釋:雙邊規格:品質特性的合格範圍同時有上限及下限規定者稱為雙邊規格例如腳長規格:3.5mm0.1mm單邊規格:品質特性的合格範圍僅定上限或下限者稱為單邊規格例如金線拉力規格

7克,Vf規格1.4VCa製程能力指標:Ca的介紹:公式:說明::平均數U:規格中心值T:規格上限-規格下限Ca僅適用於雙邊規格,單邊規格無法計算CaCa製程能力指標:Ca等級的參考標準:一般製程要求Ca

12.5%製程能力指標:Cp的介紹:公式:雙邊規格:單邊規格說明::平均數

:標準差T:規格上限-規格下限USL:規格上限LSL:規格下限僅定規格上限僅定規格下限僅有上公差限Cpk=Cpu:USLμCpu製程能力指標:μLSL僅有下公差限Cpk=Cpu:Cpl製程能力指標:製程能力指標:注意事項:由公式可知,Cp是不考慮製程的中心點標準差計算最好用以下標準差的定義公式若無適當的計算機,則標準差亦可用下面簡易公式計算::全距平均數d2:請查閱附錄d2係數表製程能力指標:Cp等級的參考標準:一般製程要求Cp

1.33Cpk製程能力指標:Cpk的介紹:公式:雙邊規格:單邊規格:以Cp來表示雙邊規格亦有人採用以下公式:Cpk=Cp*(1-Ca)僅定規格上限僅定規格下限1.僅有USL：2.僅有LSL：3.USL和LSL都存在:LSLUSLCpk製程能力指標:製程能力與不良率:準確度偏移後,不良率升高製程能力與不良率:精確度愈差,不良率愈高製程能力與不良率:從另一觀點,Cpk所

代表是規格公差與

自然公差比值由以右圖可知,Cpk

愈大,不良率愈小規格下限規格上限Cpk=2Cpk=1.33Cpk=1Cpk與Cp的比較說明Cp表示過程加工的一致性,即質量能力,Cp越大,則質量能力越強;而Cpk反映過程中心與公差中心的偏移情況,Cpk越大,則二者偏離越小,是過程的”質量能力”與”管理能力”二者綜合的結果。Cp0.330.671.001.331.672Cpk0.3368.27%84.00%84.13484.13%84.13447%84.13447%0.67

95.45%97.72%97.73%97.74299%97.74299%1.00

99.73%99.87%99.86501%99.86501%1.33

99.99%99.99683%99.99683%1.67

99.99994%99.99997%2.00

99.99998%過程能力指數Cp和Cpk的應用

Cp表示了過程固有的均勻性、一致性，Cp越大，則過程特性值的分布越集中，過程能力越強。Cpk表示了實際過程特性值與規范的符合程度，既要考慮特性值分布的集中程度，也要考慮實際分布中心與公差中心的偏離程度，是二者的綜合體現。從數學上看Cpk與Cp的關系是：Cpk≤Cp，在實際運用過程中會遇到如下四種情況：a.

如Cp足夠大但是Cpk不足（例如Cp＞2、Cpk＜1.33，表明過程特性值分布中心與公差中心偏離太大，過程的管理能力不足，此時往往只需要采取局部措施，使分布中心向公差中心“瞄準”。b.如Cp太?。–p＜2甚至更低，表明過程固有的加工能力不足以滿足六西格馬質量要求，需要從人、機器、物料、方法、環境等方面采取措施（如更換更為先進的設備），提高過程的固有加工能力。c.

Cp和Cpk均能滿足要求（Cp≥2、Cpk≥1.33），則說明過程能力非常充分，完全能夠滿足規范的要求，此時不需要進行過程調整，只需要維持現狀即可。d.

如Cp太高（Cp遠遠大于2），則說明過程的加工能力超出了我們的預期，加工可能存在“質量過?！?。製程能力的提升:製程能力的品質等級:通過控制圖可以確定過程是否穩定.常用的控制圖有:-均值(Xbar)-極差(R)控制圖-均值(Xbar)-標準差(S)控制圖用控制圖來分析穩定性*控制圖運行示例從圖1可以看出在第12組數據中處于超控制限數據，此計算點為非受控狀態，需要經過調整后才能計算Cpk。在進行Cpk的計算時，可以看到，將錄入的數據依照時間順序依次排列，每產生一個新的測量值則其它所有的歷史數據以組數為單位均向前移組數位，保證了數據的不斷更新

Cpk負值的原因：=IF(C6="","",AVERAGE(C15:AA15))，實際上在抽樣記錄表中只有9組數據,但公式中AVERAGE(C15:AA15))為25組與實際不符,因模板中設為滿25組數據,故當抽樣數未滿時,應更改原設定的公式(上圖公式正確為(AVERAGE(C15:K15）CPK與PPK的區別之一QS9000的PPAP手冊談到：“當可能得到歷史的數據或有足夠的初始數據來繪制控制圖時（至少100個個體樣本），可以在過程穩定時計算Cpk。對于輸出滿足規格要求且呈可預測圖形的長期不穩定過程，應該使用Ppk。”所謂Ppk是在進入大批量生產前，對一定量小批生產的能力評價，它是一種對整體數據進行預先能力測定的過程[2]，一般要求Ppk≥1.67；而Cpk是進入大批量生產后，為保證批量生產下的產品的品質狀況不至于下降，保證與之前小批生產具有同樣的控制能力，所進行的生產能力的評價，此時進行控制采用的是小樣本組之間數據的比較，一般要求Cpk≥1.33。在計算Cpk時是需要借助Ppk的控制界限來做控制；而在計算Ppk定控制界限時，又是需要通過控制圖來排除產生變差的特殊原因。因此Cpk與Ppk這兩種指數是不能單獨地適用于所有過程，而且也沒有一個給定的過程可能通過一個單獨的指數完整地來描述。它們是相互配合使用的，Cpk需要來Ppk保證其受控狀態，提供控制界限CPK與PPK的區別之一Cpk與Ppk各方面的比較結果如表2所示：CPK與PPK的區別之一Cpk與Ppk在過程能力分析中的應用Cpk是短期的工序能力情況，而Ppk則是反應的長期水平。

(如圖3)過程能力分析圖中包含了三條擬合曲線，即性能曲線、過程能力曲線及理想擬合曲線。對于制造企業，正常的加工過程數據應該滿足正態分布，因此在曲線的描繪過程中均以正態布分為標準。其中性能曲線（長期能力）是利用Ppk得到的，它反應了一個整體過程的性能狀態；過程能力曲線（短期能力）是利用Cpk擬合，它反應了當前生產過程的一個實時狀態；理想擬合曲線則是企業生產所努力達到的目標，它是根據企業的生產計劃制定的。從圖3中可以看到，當前過程Ppk＜Cpk，說明制造過程能力整體水平比當前工序能力差，即組內變異很小，當前的工序能力較強。CPK與PPK的區別之一CPK與PPK的區別之一SPC中應用小結若過程能力分析圖中顯示為性能曲線高于過程能力曲線時，說明當前過程能力低于過程固有的能力，Ppk＞Cpk，過程中存在異常因素，應該馬上尋找原因，加以消除，把過程性能指數提高到過程能力指數的水平。若過程能力分析圖中顯示為性能曲線低于過程能力曲線時，說明當前過程能力高于過程固有的能力，Ppk＜Cpk，此時同樣需要尋找原因，努力保持當前的過程性能，如果持續一段時間的過程性能指數都得以保持，始終都處于穩定的水平，高于過程的固有能力，并且經過判穩準則判定過程處于穩態，則說明過程的穩態水平已經得以提高，可以對過程能力指數進行調整，使其反映當前過程的穩態水平。過程能力分析的步驟確定過程質量特征值計量值數據?定義變異來源測量系統分析能力是否充足?改進測量系統制定抽樣計劃過程是否穩定?剔除系統性原因數據服從正態分布?是否能轉換?正態性轉換計算Cp,Cpk計算Cp(q),Cpk(q)定義缺陷和缺陷機會抽樣過程是否穩定?剔除根本影響因素計算DPU計算DPMM評價過程能力，確定瓶頸過程是否是是是是是否否否否否過程能力分析的步驟選定要分析的過程，該過程應是“特殊特性”的形成過程；“特殊特性”可以“計量”監測；相應的測量系統經過了“測量系統評價”并且是可以接受的；選定子組樣本數n=（2~10），一般選5；選定子組數，通常選25組；過程能力分析的步驟對“特殊特性”進行測量，記錄所測得的數據；分別計算每個子組的極差R；所有子組分別計算完成后計算R；過程能力分析的步驟估計過程的標準偏差（用σ表示），用現有的子組容量計算：

σ=R/d2

式中R為子組極差的均值（在極差受控期間），

d2

為隨樣本容量變化的常數，如下表：n2345678910d21.131.692.062.332.532.702.852.973.08

Cp－無偏移短期過程能力指數

Cpk－有偏移短期過程能力指數

Pp－無偏移過程性能指數

Ppk－有偏移過程性能指數性能指數過程總變差

Xi

－從1到n所有單值讀數n－所有單值讀數的個數

X所有單值讀數的均值

短期穩態情況下是長期的過程能力指數，不一定在穩態情況下－過程能力分析的步驟過程能力分析的步驟影響過程質量的6個因素（6M） —人員 —設備 —材料 —方法 —測量 —環境

6M導致的變異有兩種 —隨機性變異 —系統性變異如果過程僅受隨機性因素的影響，那么一般情況下,過程質量特征值服從正態分布影響過程能力的因素作業員焊錫機材料方法環境測量操作不熟練瓷嘴型號，壽命機臺保養螺釘松動焊線參數壓力時間功率夾具電流焊接面與瓷嘴是否垂直焊片高度線夾瓷嘴打火桿焊頭觸點手接觸支架支架變形芯片電極掉作業不認真支架超時存放金線污染支架焊接面不潔溫度濕度芯片電極面不潔儀器防水，防塵，防腐儀器MSA量測標準方法焊線方式一致CPK>1.33流程是否一致影響過程能力的因素(舉例影響推拉力因素)影響過程能力的因素---合理抽樣合理抽樣是指它能捕捉過程的隨機性變異它不包含系統性變異合理抽樣的目的是使抽取的樣本具有代表性，能代表過程變化抽樣時重點注意以下幾點:誰測量的數據？測量儀器是否被校準？搜集數據之后過程是否發生變化？對影響過程輸出的關鍵影響因素所發生的變化是否做了記錄?數據搜集的時間、過程、目的和抽樣方式影響過程因素----(MVA)多變異分析圖影響過程因素--根據MVA確定合理的抽樣產品內的測量點的個數（n）：

如果產品內部存在變異，那么至少應選擇兩個位置。如果產

品內的變異很大，應增加產品內位置選擇的個數。當不知道產品內是否存在變異時，通常選取3-5個點。一次抽取的產品個數（b）：至少3個；如果產品間變異很大，就增加個數。通常選5-10個。時間點的數量(a):至少3個;如果時間變異很大，應增加時間點選取的個數。製程能力的提升:要改善製程能力,必須控制下列三項變異:設計製程原料製程能力的提升:改善設計變異:設定公差儘可能簡化產品所需元件及製程步驟標準化使用SPC及電腦程式來協助製作樣品製程能力的提升:改善製程變異