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统计过程控制(SPC)第二版汽车行业质量管理核心工具培训教材2一、统计过程控制概述二、控制图基础三、计量型控制图应用四、过程能力和性能研究五、设备能力研究六、其他类型计量型控制图应用七、计数型控制图应用八、控制图应用风险课程大纲统计过程控制(SPC)一、统计过程控制概述统计过程控制的起源ＳＰＣ的目的ＳＰＣ的作用ＳＰＣ的常用术语解释过程控制系统波动的定义、原因4工业革命以后，随着生产力的进一步发展，大规模生产的形成，如何控制大批量产品质量成为一个突出问题，单纯依靠事后检验的质量控制方法已不能适应当时经济发展的要求，必须改进质量管理方式。于是，英、美等国开始着手研究用统计方法代替事后检验的质量控制方法。1924年，美国的休哈特博士提出将3Sigma原理运用于生产过程当中，并发表了著名的“控制图法”，对过程变量进行控制，为统计质量管理奠定了理论和方法基础。统计过程控制的起源5制造过程原辅料人机法环测量测量结果合格不合格测量不要等产品制造出来后再去检验合格与否，而是在制造的時候就要制造出合格产品。应用统计过程控制的方法实现预防不合格的原则。SPC的目的61、确保制程持续稳定、可预测。2、提高产品质量、生产能力、降低成本。3、为制程分析提供依据。4、区分变差的特殊原因和普通原因，作为采取局部措施或对系统采取措施的指南。SPC的作用7名称解释平均值（Xbar）一组测量值的均值极差（Range）一个子组、样本或总体中最大与最小值之差σ（Sigma）用于代表标准差的希腊字母标准差(StandardDeviation)过程输出的分布宽度或从过程中统计抽样值（例如：子组均值）的分布宽度的量度，用希腊字母σ或字母s（用于样本标准差）表示。分布宽度（Spread）一个分布中从最小值到最大值之间的间距中位数x将一组测量值从小到大排列后，中间的值即为中位数。如果数据的个数为偶数，将中间两个数的平均值作为中位数。单值（Individual）一个单个的单位产品或一个特性的一次测量，通常用符号X表示。SPC常用术语解释~8名称解释中心线（CentralLine）控制图上的一条线，代表所给数据平均值。过程均值（ProcessAverage）一个特定过程特性的测量值分布的位置即为过程均值，通常用X来表示。链（Run）控制图上一系列连续上升或下降，或在中心线之上或之下的点。它是分析是否存在造成变差的特殊原因的依据。变差（Variation）过程的单个输出之间不可避免的差别；变差的原因可分为两类：普通原因和特殊原因。特殊原因（SpecialCause）一种间断性的，不可预计的，不稳定的变差根源。有时被称为可查明原因，它存在的信号是：存在超过控制限的点或存在在控制限之内的链或其它非随机性的图形。SPC常用术语解释9名称解释普通原因（CommonCause）造成变差的一个原因，它影响被研究过程输出的所有单值；在控制图分析中，它表现为随机过程变差的一部分。过程能力(ProcessCapability)是指按标准偏差为单位来描述的过程均值和规格界限的距离，用Z来表示。移动极差（MovingRange)两个或多个连续样本值中最大值和最小值之差。SPC常用术语解释10如果仅存在变差的普通原因，目标值线随着时间的推移，过程的输出形成一个稳定的分布并可预测。预测时间范围目标值线如果存在变差的特殊原因，随着时间的推预测移，过程的输出不稳定。时间范围11过程能力受控且有能力符合规范（普通原因造成的变差已减少）规范下限规范上限时间范围受控但没有能力符合规范（普通原因造成的变差太大）12波动的概念是指在现实生活中没有两件东西是完全一样的。生产实践证明，无论用多么精密的设备和工具，多么高超的操作技术，甚至由同一操作工，在同一设备上，用相同的工具，生产相同材料的同种产品，其加工后的产品质量特性（如：重量、尺寸等）总是有差异，这种差异称为波动。消除波动不是统计过程控制的目的，但通过统计过程控制可以对过程的波动进行预测和控制。波动（变差）的概念13波动原因人员机器材料测量环境方法•正常波动：是由普通原因造成的。如操作方法的微小变动、机床的微小振动、刀具的正常磨损、夹具的微小松动、材质上的微量差异等。正常波动引起工序质量微小变化，难以查明或难以消除。它不能被操作工人控制，只能由技术、管理人员控制在公差范围内。•异常波动：是由特殊原因造成的。如原材料不合格、设备出现故障、工夹具不良、操作者不熟练等。异常波动造成的波动较大，容易发现，应该由操作人员发现并纠正。波动的原因14存在性方向影响大小消除的难易程度普通原因（例：设备震动）始终或大或小小难特殊原因（例：车刀磨断）有时偏向大易普通原因和特殊原因的区别15概念形成和批准设计确认样件量产策划产品开发和设计过程开发和设计产品和过程确认策划生产Production评估反馈和改善统计过程控制策划试产项目批准初始统计过程研究如何进行统计过程控制策划量产过程中，实施统计过程控制16如何进行统计过程控制策划1、在新产品策划过程中，APQP小组根据试生产控制计划制定《初始过程能力研究计划》。2、批量生产过程中，责任部门根据批量生产控制计划实施统计过程控制。统计过程控制(SPC)二、控制图基础控制图定义控制图的设计控制图的分类控制图的选用程序18控制图是用于分析和控制过程质量的一种方法。控制图是一种带有控制限的反映过程质量的记录图形。控制图的纵轴代表产品质量特性值(或由质量特性值获得的某种统计量)；横轴代表按时间顺序(自左至右)抽取的各个样本子组顺序号。图内有三条线：—中心线(CL)；—上控制界限(UCL)；—下控制界限(LCL)。控制图的定义19上控制限(UCL)中心线(CL)下控制限(LCL)控制图的定义1、收集收集数据并描点在图上2、控制从过程数据计算试运行控制限识别变差的特殊原因并采取措施3、分析及改进量化普通原因变差，采取措施将它减小重复这三个阶段从而持续地改进过程20工序处于稳定状态下，其分布通常符合正态分布。由正态分布的性质可知：产品质量特性数据出现在平均值的正负三个标准偏差(μ3)之外的概率仅为0.27%。这是一个很小的概率，根据概率论“视小概率事件为实际上不可能事件”的原理，可以判定：出现在μ3区间外的事件是异常波动，它的发生是由于特殊原因使总体的分布偏离了正常位置。根据这一原理，将控制限的宽度设定为3。控制图的设计2168.26%95.45%99.73%μ+1σ+2σ+3σ-1σ-2σ-3σ控制图的设计220.27%99.73%μ±3σ1.00%99.00%μ±2.58σ4.55%95.45%μ±2σ5.00%95.00%μ±1.96σ31.74%68.26%μ±1σ50.00%50.00%μ±0.67σ在外的概率在內的概率μ±kσ控制图的设计23逆时针旋转90°控制图的设计中心线ＣＬ＝分析的统计量的均值上控制限ＵＣＬ＝ＣＬ＋３＊均值的标准差下控制限ＬＣＬ＝ＣＬ－３＊均值的标准差中心线下控制限线上控制限线24计量型数据X-R均值和极差图计数型数据pchart不合格品率控制图X-S均值和标准差图npchart不合格品数控制图X-R中位值极差图cchart不合格数控制图X-MR单值移动极差图uchart单位产品不合格数控制图~控制图的类型确定要使用控制图的特性否否是是使用np或p图否使用p图否使用u图是是使用c或u图是是使用单值图X-MR是计量型数据吗？关心的是不合格产品的百分比吗？关心的是不合格数吗？样本容量是否恒定？样本容量是否恒定？性质上是否均匀或不能按子组取样—例如：化学槽液、批量油漆等？接下页控制图的选用程序26是否使用X—R图是否使用X—R图使用X—s图注：本图假设测量系统已经过评价,并且是适用的。否使用中位数图是子组均值是否能很方便地计算？接上页子组容量是否大于或等于9？是否能方便地计算每个子组的S值?控制图的选用程序统计过程控制(SPC)三、计量型控制图应用~Ｘ－Ｒ控制图Ｘ－S控制图Ｘ－MＲ控制图Ｘ－Ｒ控制图28收集数据并制作分析用控制图过程是否稳定？计算过程能力能力是否足够？控制用控制图寻找并消除特殊原因采取改进措施提高过程能力确定应用控制图的过程及特性应用流程29A、收集数据B、建立控制限C、统计上是否受控的解释D、为了持续控制延长控制限使用Xbar-R控制图的四步骤30步骤A收集数据A1、建立抽样计划；A2、设置控制图；A3、记录原始数据；A4、计算每一个子组的样本的控制统计量；A5、将控制统计量画到控制图上。使用Xbar-R控制图的步骤A31建立抽样计划定义子组容量，较大的子组更容易发现微小的过程变化；规定子组频率，通常按时间顺序来取子组，如15分钟一次或每班一次；子组数量应满足如下原则：应该收集足够的子组以确保影响过程变差的主要原因有机会出现，通常在25或更多个子组内包括100或更多的单值读数可以很好地用来检验稳定性。使用Xbar-R控制图的步骤A32抽样频率参考表每小时产量抽样间隔不稳定稳定10以下8小时8小时10-194小时8小时20-492小时8小时50-991小时4小时100以上1小时2小时33设置控制图包括过程和抽样方法描述的表头信息；记录/显示所收集数据的实际值的部分（日期/时间/子组编号）；对用于分析的每一个控制统计量描点的部分；使用Xbar-R控制图的步骤A将观察记入日志的部分。控制图格式见SPC手册51-52页。34记录原始数据测量并记录每一个子组及每一个单值的数据；记录/任何有关的观察事项。使用Xbar-R控制图的步骤A35计算控制统计量从子组的测量数据中计算用于描点的控制统计量；控制统计量：样本均值、中位数、极差、标准差等；使用Xbar-R控制图的步骤A按照控制图的类型选择适当的公式计算控制统计量。36均值的计算：极差的计算：如何计算Ｘbar－Ｒ控制图每个子组的控制统计量?nn21x…xxX+++=minmaxxxR-=37将控制统计量画到控制图上将控制统计量画在图上，确保所描的控制统计量的点是一一对应的；将相邻点用直线连接从而显示模式和趋势；使用Xbar-R控制图的步骤A进行评估以识别出潜在的问题；如果有的点比别的点高很多或低很多，需要确认计算及描图是否正确并查询任何相关的观察记录。38步骤B建立控制限使用Xbar-R控制图的步骤BB1、计算中心线；B2、计算控制限（上控制限UCL、下控制限LCL）；B3、在控制图上画出中心线和控制限。39k为子组数kRRRRkxxxxxkk+++=++++=..........21321极差平均值：过程平均值：中心线的计算公式40RDLCLRDUCLRCLRAXLCLRAXUCLXCLRRRXXX3422===-=+==极差控制图：均值控制图：控制限的计算公式41注：D4、D3、A2为常数，随每个子组内样本容量n的不同而不同，查ＳＰＣ手册中附录Ｅ：《控制图的常数和公式表》（181页）。控制限的计算公式n2345678910D43.2672.5742.2822.1142.0041.9241.8641.8161.777D3٭٭٭٭٭0.0760.1360.1840.223A21.8801.0230.7290.5770.4830.4190.3730.3370.30842在均值图上画出中心线（过程平均值）和上、下控制限（UCLXbar、LCLXbar）；将极差图上画出中心线（极差平均值）和上、下控制限（UCLR、LCLR）；中心线画成黑色水平实线；控制限画成红色水平虚线。在控制图上画出中心线和控制限43C统计上是否受控的解释使用Xbar-R控制图的步骤CC1、分析极差图上的数据点C2、识别并标注特殊原因(极差图)C3、重新计算控制界限C4、分析均值图上的数据点C5、识别并处理特殊原因(均值图)C6、重新计算控制界限44使用Xbar-R控制图的步骤C过程控制的分析：1、分析控制图的目的在于识别过程变化或过程均值不恒定的证据。（即其中之一或两者均不受控）进而采取适当的措施。2、R图和X图应分别分析，但可进行比较，了解影响过程的特殊原因。3、因为子组极差或