統(tǒng)計過程控制技術(shù)

SPC

StatisticalProcessControl第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1在學(xué)習(xí)之前，必須進(jìn)行三點說明收集數(shù)據(jù)并用統(tǒng)計方法來解釋它們并不是最終目標(biāo)，最終目標(biāo)應(yīng)是對讀者的過程不斷加深理解。當(dāng)一個沒有任何改進(jìn)的技術(shù)專家是很容易的。增加知識應(yīng)成為行動的基礎(chǔ)。研究變差和應(yīng)用統(tǒng)計知識來改進(jìn)性能的基本概念適用于任何領(lǐng)域，可以是在車間中或辦公室里。例如：機器（性能特性）、記帳（差錯率）、材料管理（運送時間）。SPC代表統(tǒng)計過程控制，應(yīng)該用于過程而不是零件本身。測量系統(tǒng)對合適的數(shù)據(jù)分析來說很重要。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿11預(yù)防與檢測過程控制的需要：檢測——容忍浪費；預(yù)防——避免浪費。第一次就把工作做好！如何實現(xiàn)？必須回答以下問題：1）什么是過程控制系統(tǒng)？2）變差是如何影響過程輸出的？3）統(tǒng)計技術(shù)是如何區(qū)分一個問題實質(zhì)是局部的還是涉及到整個系統(tǒng)的？4）什么是統(tǒng)計受控過程？什么是有能力的過程？5）什么是持續(xù)改進(jìn)循環(huán)？過程控制對哪一部分起作用？6）什么是控制圖？如何使用？7）使用控制圖有什么好處？第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1過程控制系統(tǒng)一個過程控制系統(tǒng)可以稱為一個反饋系統(tǒng)，統(tǒng)計過程控制SPC是一類反饋系統(tǒng)，但也存在不是統(tǒng)計性的反饋系統(tǒng)。過程指的是共同工作以生產(chǎn)輸出的供方、生產(chǎn)者、人、設(shè)備、輸入材料、方法和環(huán)境已經(jīng)使用輸出的顧客之集合。過程的性能取決于供方和顧客之間的溝通，過程設(shè)計及實施的方式，以及運作和管理的方式等。過程控制系統(tǒng)的其他部分只有它們在幫助整個系統(tǒng)保持良好的水平或提高整個過程的性能時才有用。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1有關(guān)過程的信息：過程特性是我們關(guān)注的重點。我們要確定這些特性的目標(biāo)值，從而使過程操作的生產(chǎn)率最高，然后我們要監(jiān)測我們與目標(biāo)值的距離是遠(yuǎn)是近，如果得到信息并且正確地解釋，就可以確定是在正常或非正常的方式下運行。若有必要可采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣硇Ｕ^程或剛產(chǎn)生的輸出。若需要采取措施，就必須及時和準(zhǔn)確，否則收集信息的努力就白費了。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1對過程采取措施：通常，對重要的特性（過程或輸出）采取措施從而避免它們偏離目標(biāo)值太遠(yuǎn)是很經(jīng)濟的。這樣能保持過程的穩(wěn)定性并保持過程輸出的變差在可接受的界限內(nèi)。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1對輸出采取措施：如果僅限于對輸出檢測并糾正不符合規(guī)范的產(chǎn)品，而沒有分析過程的根本原因，通常是不經(jīng)濟的。但是如果目前的輸出不能滿足顧客的要求，也只能通過檢測進(jìn)行分類報廢不合格品或返工。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1變差的普通及特殊原因位于規(guī)定的公差的范圍的零件時可接受的，超出規(guī)定公差范圍之外的零件時不可接受的；按時完成報告是可以接受的，遲緩的報告時不能接受的。然而，在管理任何一個過程減少變差時，都必須追究找出變差的原因。首先是區(qū)分普通原因和特殊原因。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1

雖然單個測量值可能全都不同，但形成一組后它們趨于形成一個可以描述的分布的圖形（見圖2），這個分布按下列特性區(qū)別：位置（典型性）；分布寬度（從最小值至最大值之間的距離）；形狀（變差的模式——是否對稱、偏斜等）。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1普通原因指的是造成隨著時間的推移具有穩(wěn)定的且可以重復(fù)的分布過程中的許多變差的原因，我們稱之為：“處于統(tǒng)計控制狀態(tài)”、“受統(tǒng)計控制”，或有時間稱“受控”。普通原因表現(xiàn)為一個穩(wěn)定系統(tǒng)的偶然原因。只有變差的普通原因存在且不改變時，過程的輸出才是可以預(yù)測的。特殊原因（通常也叫可查明原因）指的是造成不是始終作用于過程的變差的原因，即當(dāng)它們出現(xiàn)時將造成（整個）過程的分布改變。除非所有的特殊原因都被查找出來并且采取了措施，否則它們將繼續(xù)用于不可預(yù)測的方式來影響過程的輸出。如果系統(tǒng)內(nèi)存在變差的特殊原因，隨著時間的推移，過程的輸出將不穩(wěn)定。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1局部措施和對系統(tǒng)采取措施局部措施通常用來消除變差的特殊原因通常由與過程直接相關(guān)的人員實施通產(chǎn)可糾正大約15%的過程問題對系統(tǒng)采取措施通常用來消除變差的普通原因幾乎總是要求管理措施，以便糾正大約可糾正85%的過程問題第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1過程控制和過程能力過程控制系統(tǒng)的目標(biāo)是對影響過程的措施作出經(jīng)濟合理的決定。也就是說，平衡不需要控制時采取了措施（過度控制或擅自改變）和需要控制時未采取措施（控制不足）的后果。必須在前面提到的變差的兩種原因——特殊原因和普通原因的關(guān)系下處理好這些風(fēng)險。過程在統(tǒng)計控制下運行指的是僅存在造成變差的普通原因。這樣，過程控制系統(tǒng)的預(yù)感作用是當(dāng)出現(xiàn)變差的特殊原因時能提供統(tǒng)計信號，并且當(dāng)不存在特殊原因時提供錯誤信息。從而對這些特殊原因采取適當(dāng)?shù)拇胧ɑ蚴窍鼈儯@知如果有用，永久地保留它們）。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖4過程改進(jìn)循環(huán)過程改進(jìn)循環(huán)及過程控制第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1控制圖——過程控制的工具貝爾實驗室walter休哈特博士研究過程時，首先區(qū)分了可控制的不可控制的變差，并發(fā)明了一個簡單有力的工具來區(qū)分它們——控制圖。使用控制圖來改進(jìn)過程是一個重復(fù)的程序，多次重復(fù)收集、控制及分析。（1）收集：質(zhì)量特性。（2）控制：控制限。（3）分析及改進(jìn)：監(jiān)控工具。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1控制圖的益處控制圖是了解過程變差并幫助達(dá)到統(tǒng)計控制狀態(tài)的有效工具。供正在進(jìn)行過程控制的操作者使用。有助于過程在質(zhì)量上和成本上能持續(xù)地，可預(yù)測地保持下去。使過程達(dá)到：跟高的質(zhì)量；更低的單件成本；更高的有效能力。為討論過程的性能提供共同的語言。區(qū)分變差的特殊原因和普通原因，作為采取局部措施或?qū)ο到y(tǒng)采取措施的指南。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1控制圖類型計量型控制圖：質(zhì)量特性數(shù)據(jù)為測量值。可以通過分布寬度（零件間的變異性）和其位置（過程的平均值）來解釋數(shù)據(jù)。計量型數(shù)據(jù)用控制圖應(yīng)該始終成對準(zhǔn)備及分析。計數(shù)型控制圖：質(zhì)量特性數(shù)據(jù)只有兩個值（合格/不合格、成功/失敗、通過/不通過）。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1均值和極差圖（圖）使用控制圖的準(zhǔn)備：建立適用于實施的環(huán)境定義過程確定待管理的特性，并考慮到：

顧客的需求當(dāng)前及潛在的問題區(qū)域特性間的相互關(guān)系定義測量系統(tǒng)使不必要的變差最小化第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1控制圖步驟A.收集數(shù)據(jù)B.計算控制限C.過程控制解釋D.過程能力解釋第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1A.1選擇子組大小、頻率和數(shù)據(jù)子組大小——計量型控制圖的第一個關(guān)鍵步驟就是“合理子組”的確定——這一點將決定控制圖的效果及效率。子組頻率——其目的是檢查經(jīng)過一段時間后過程中的變化。應(yīng)當(dāng)在適當(dāng)?shù)臅r間收集足夠的子組，這一子組才能反映潛在的變化。這些變化的潛在原因可能是換班、或操作人員的更換、溫升趨勢、材料批次等原因造成的。子組數(shù)的大小——子組數(shù)的大小應(yīng)滿足兩個原則，從過程的角度來看，收集越多的子組可以確保變差的主要原因有機會出現(xiàn)。（見圖5）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖5圖第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1A.2建立控制圖及記錄原始數(shù)據(jù)通常是將圖畫在圖之上方，下面再接一個數(shù)據(jù)欄。和的值為縱坐標(biāo)，按時間先后的子組為橫坐標(biāo)。數(shù)據(jù)值以及極差和均值點應(yīng)縱向?qū)R。（見圖6）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1A.3計算每個子組的均值（）和極差（）畫在控制圖上的特性是每個子組的樣本均值（）和樣本極差（），合在一起后它們分別反映整個過程的均值及其變差。對每個子組，計算：

式中：為子組內(nèi)的每個測量值，為子組的樣本容量。（見圖6）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖6圖----建立數(shù)據(jù)第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1A.4選擇控制圖的刻度對于圖，坐標(biāo)上刻度值的最大值與最小值之差應(yīng)至少為子組均值（）的最大值與最小值差的2倍。對于圖，刻度值應(yīng)從最低值為0開始到最大值之間的差值為初始階段所遇到的最大差（）的2倍。(見圖7)第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1A.5將均值和極差畫到控制圖上將均值和極差分別畫在其各自的圖上。將各點用直線連接起來從而得到可見的圖形和趨勢，應(yīng)確保所畫的和點在縱向是對應(yīng)的(見圖7)第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖7圖---“初始研究”第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1B.1計算平均極差（）及過程均值（）在研究階段，計算：第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1B.2計算控制限計算控制限式中為常數(shù)，在統(tǒng)計過程控制系數(shù)表中根據(jù)樣本容量的不同可以查取第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1B.3在控制圖上作出平均值和極差控制限的控制線將平均極差（）和過程均值（）畫成水平實線，各控制限（、、、）畫成水平虛線。（見圖8）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1

圖8有控制線的圖第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1C.1分析極差圖上的數(shù)據(jù)點超出控制線的點（見圖9）出現(xiàn)一個或多個點超出任何一個控制限是該點處于失控狀態(tài)的主要證據(jù)。任何超出控制限的點是立即進(jìn)行分析，找出存在特殊原因的信號。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1C.1分析極差圖上的數(shù)據(jù)點超出極差上控制限原因

1）控制限計算錯誤或描點時瞄錯

2）零件間的變化性或分布的寬度已經(jīng)增大

3）測量系統(tǒng)變化（例如，不同的檢驗員或量具）

4）測量系統(tǒng)沒有適當(dāng)?shù)姆直媪Τ鰳O差下控制限原因

1）控制限計算錯誤或描點時瞄錯

2）分布的寬度變小

3）測量系統(tǒng)變化（包括數(shù)據(jù)編輯或變換）

第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖9R圖---有超出控制線的點存在第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1C.1分析極差圖上的數(shù)據(jù)點鏈（見圖10）有下列現(xiàn)象之一表明過程已經(jīng)改變或出現(xiàn)這種趨勢連續(xù)7點位于平均值的一側(cè)連續(xù)7點上升（后點等于或大于前點）或下降；輸出值的分布寬度增加，需要查找原因并糾正；輸出值的分布寬度減小，這常常是一個好的狀態(tài)，應(yīng)推廣應(yīng)用。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖10R圖---鏈（極差）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1C.1分析極差圖上的數(shù)據(jù)點明顯的非隨機圖形（見圖11）

多余2/3以上的點落在離很近之處；少于2/3以下的點落在離很近的區(qū)域。第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖11R圖---非隨機模式第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1C.2識別并標(biāo)注特殊原因（極差圖)

對于極差數(shù)據(jù)內(nèi)的每個特殊原因進(jìn)行標(biāo)注，作一個過程操作分析，從而確定該原因并改進(jìn)對過程的理解，糾正條件并且防止它再發(fā)生。(見圖12)第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1C.3重新計算控制限（極差圖）在進(jìn)行初次過程研究或重新評定過程能力時，失控的原因已被識別和消除或制度化，然后應(yīng)重新計算控制限，以排除失控時期的影響由于出現(xiàn)特殊原因而從圖中去掉的子組，也應(yīng)從圖中去掉。修改后的和可用于重新計算圖與圖的控制限（見圖12）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖12圖---重新計算控制線（極差）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1C.4分析均值圖上的數(shù)據(jù)點超出控制限的點（見圖13）鏈（見圖14）明顯的非隨機圖形（見圖15）C.5識別和標(biāo)注特殊原因（均值圖）（見圖16）C.6重新計算控制限（見圖16）其過程和方法與極差圖類似，這里不再詳細(xì)說明第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖13圖----超出控制線的點第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖14圖---鏈第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖15圖---非隨機模式第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖16圖---重新計算控制線第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1C.7延長控制限進(jìn)行過程監(jiān)控當(dāng)首批數(shù)據(jù)都在試驗控制限之內(nèi)，延長控制限使之覆蓋將來的一段時期，如果過程中心偏離目標(biāo)值，這時還希望調(diào)整過程使之對準(zhǔn)目標(biāo)值（見圖17）這些控制限可用于繼續(xù)對過程進(jìn)行監(jiān)視，操作人員和當(dāng)?shù)貦z驗人員根據(jù)均值或極差圖上出現(xiàn)的失控狀態(tài)的信號采取及時的措施第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖17圖---延長控制線第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1D.過程能力解釋

在解決了均值和極差兩個圖上的控制問題，并且現(xiàn)行的控制圖反應(yīng)過程處于統(tǒng)計控制狀態(tài)之后開始過程能力的評定。一般情況下，將過程輸出地分布與工程規(guī)范相比，看是否始終滿足這些規(guī)范（見圖18）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖18相對于規(guī)范限界的過程變差第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1D.1計算過程的標(biāo)準(zhǔn)偏差由于子組內(nèi)過程的變異性是通過子組的極差來反映的，所以可以使用平均極差來估計過程的標(biāo)準(zhǔn)差。計算公式：式中是子組極差的平均值，是隨樣本容量變化的常數(shù)n23456789101.131.692.062.332.532.702.852.973.08第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1D.2計算過程能力其計算過程如圖19所示第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖19計算過程能力第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1D.3評價過程能力工序能力指數(shù)客觀地、定量地反映了工序能力對規(guī)格要求的適應(yīng)程度，因此它是工序能力評價的基礎(chǔ)，根據(jù)工序能力指數(shù)的大小一般可將加工分為五類第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1序號范圍級別備注1特級加工此時工序能力過分充裕，有很大的儲備2一級加工對緊密加工而言，工序能力適宜；對一般加工而言工序能力仍然比較充裕有一定儲備3二級加工對一般加工而言，工序能力適宜，但必須對工序進(jìn)行嚴(yán)格的控制，使生產(chǎn)過程處于良好的穩(wěn)定的正常狀態(tài)4三級加工此時工序能力不足，不合格品率較高5四級加工此時工序能力嚴(yán)重不足，產(chǎn)品質(zhì)量水平很低，不合格品率很高第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖20評價過程能力第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1D.4提高過程能力為了提高過程能力（從而改進(jìn)能力），將精力集中在減少普通原因上，為此通常要求對系統(tǒng)采取管理措施，加以糾正D.5對修改的過程繪制控制圖并分析

通過連續(xù)監(jiān)視控制圖確保系統(tǒng)改進(jìn)的有效性第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1不合格品率的P圖

盡管控制圖大多數(shù)情況都與計量型數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起，但也開發(fā)了用于計數(shù)型數(shù)據(jù)的控制圖，計數(shù)型數(shù)據(jù)只有兩個值（合格/不合格，成功/失敗，通過/不通過，出席/缺席），但它們可被計數(shù)從而用來記錄和分析。下面我們以不合格品率的p圖為例來對計數(shù)型控制圖加以說明步驟

A.收集數(shù)據(jù)

B.計算控制線

C.過程控制解釋

D.過程能力解釋第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1A.1選擇子組的容量，頻率及數(shù)量子組容量——用于計數(shù)型數(shù)據(jù)的控制圖一般要求較大的子組容量（例如50到200或更多）以便檢驗出性能的一般變化。分組頻率——應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的周期確定分組的頻率以便幫助分析和糾正發(fā)現(xiàn)的問題。子組數(shù)量——收集數(shù)據(jù)的時間應(yīng)該足夠長，一般情況下，也應(yīng)包括25或更多的子組（見圖21）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1A.2計算每個子組內(nèi)的不合格品率（p）被檢項目的數(shù)量——n發(fā)現(xiàn)的不合格項目的數(shù)量——np通過這些數(shù)據(jù)計算不合格品率：第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1A.3選擇控制圖的坐標(biāo)刻度描繪數(shù)據(jù)點用的圖將不合格品率作為縱坐標(biāo)，子組識別作為橫坐標(biāo)。縱坐標(biāo)的刻度應(yīng)從0到初步研究數(shù)據(jù)讀數(shù)中最大的不合格率值的1.5到2倍（見圖21）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1A.4將不合格品率描繪在控制圖上描繪每個子組的p值，將這些點連成線通常有助于發(fā)現(xiàn)異常圖形和趨勢當(dāng)點描完后，粗覽一遍看是否合理，如果任意一點比別的高出或低出許多，檢查計算是否正確記錄過程的變化或者可能影響過程的異常情況，當(dāng)這些情況被發(fā)現(xiàn)時，將它們記錄在控制圖的“備注”部分（見圖21）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖21不合格率P圖---數(shù)據(jù)收集第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1B.1計算過程平均不合格品率對于k個子組，計算不合格品率的均值如下：第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1B.2計算上下控制限（UCL,LCL）對于k個子組，按下式計算上下控制限：注：當(dāng)很小或者n很小時，LCL的計算結(jié)果有時會是負(fù)值，在這種情況下則沒有下控制限（見圖22-表1）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1B.3畫線并標(biāo)注過程均值---------水平實線控制限（UCL,LCL）---------水平虛線在初始研究階段，這些被認(rèn)為是試驗控制限注：當(dāng)子組容量不同的時候，則要求單獨計算這些特別小或特別大樣本時期內(nèi)的控制限（見圖22-表2）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖22不合格率P圖---計算控制線（表1）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖22不合格率P圖---計算控制線（表2）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1C.1分析數(shù)據(jù)點，找出不穩(wěn)定的證據(jù)超出控制線的點（見圖23）鏈（見圖24）明顯的非隨機圖形（見圖25）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖23不合格率P圖---超出控制線的點第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖24不合格率P圖---鏈第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1圖25不合格品率P圖---非隨機圖形第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1C.2尋找并糾正特殊原因當(dāng)從數(shù)據(jù)中已發(fā)現(xiàn)了失控的情況時，則必須研究操作過程以便確定其原因。然后糾正該原因并盡可能防止其再發(fā)生。由于特殊原因是通過控制圖發(fā)現(xiàn)的，要求對操作進(jìn)行分析，并且希望操作者或者現(xiàn)場檢驗員有能力發(fā)現(xiàn)變差原因并糾正（見圖26）第4章質(zhì)量控制技術(shù)講稿1C.3重新計算控制限當(dāng)進(jìn)行初始過程研究或?qū)^程能力重新評價時，應(yīng)重新計算試驗控制限，以便