SPC与统计技术

1SPC与统计技术应用实务周卓基(V9.1)【内容提要】统计过程控制(StaticsticalProcessControl,SPC)是制造业的重要活动,它的含义是:“使用控制图等统计技术(statisticaltechniques)来分析过程或其输出,以便采取必要的措施获得且维持统计控制状态,并提高过程能力”(见QS-9000的术语73)。QCC(QualityControlCircle)等质量改进团队活动也广泛应用统计技术。本文结合多年实践经验,对已经广泛应用的方法工具介绍其目的、做法并指出注意事项,对其他则按课时容量尽量为读者提供实用资料留供参考。根据公司主管部门提出的要求,本次培训主要内容为:1.从控制图和统计抽样检验谈起2.SPC的由来和发展3.管理体系中统计技术应用的要求4～14为方法工具介绍,包括:4.SPC常用统计方法工具概述5.直观显示图表应用的有关问题;6.数据变异的衡量和分析·直方图与过程能力指数;7.控制图;8.过程能力分析;9.区间估计;10.显著性检验和统计抽样检验;11.回归分析;12.方差分析;13.非数字资料方法工具应用的若干问题;14.试验设计(DOE)简介15.国内一些企业应用SPC的一些情况16.统计技术在企业的应用和建议全文37页,3.74M。本着“以顾客为关注焦点”的宗旨,本讲义比较详尽,以减少听课人耳听手记的负担,超出课时容量的留作参考资料和下一步深入培训用。本课程注重:①技术性:突出效率,内容和方式贯彻“学以致用”原则,省略“角色演练、游戏感悟、互动游戏”之类的活动;②严谨性:概念定义力求明确并尽量引用ISO等标准,相关的交代注明出处,避免以讹传讹;尽量设计表格归纳对比;强调基本操作明确要领,避免盲目使用统计软件;③实用性:教法采用案例分析,旨在实用,避免繁复的数学推导。软件使用中注意尽量运用Excel强大的统计作图功能,部分模块可供学员拷贝;④新颖性:尽量博采众长,如兼顾“6σ管理”及其应用的Minitab;⑤延伸性:课堂教学与后续指导服务相结合,课余及班后指导学员处理自身实际数据或成果论文资料。讲课人简介:周卓基,高级工程师,在特大型石化企业从事管理和统计技术应用实践廿多年,1980年起发表QCC活动成果,1981年发表TQM方面的论文,1991年题为《用“概率能力指数”评价工序能力》的论文作为大陆15篇论文之一出席当年《海峡两岸质量研讨会》,并被中国质量协会推荐参加1992年欧洲质量年会。1997年在所述组织指导QCC活动成果出席国际QCC大会发表。系中国质量管理协会统计方法研究委员会委员兼工序控制学组副组长、QCC活动诊断师、《化工质量》杂志常年顾问、原湖南省企业管理现代化成果评审委员会委员、省质量管理协会和系统工程学会理事,现任职业咨询师,曾指导多家企业通过中外认证机构的管理体系认证,并从事ISO9000、ISO14000、ISO/TS16949、QCC(QIT)、TQM、统计技术应用等多种培训业务,包括为企业“内训”和应邀为广东省质量协会、珠海市质量协会、BSI等认证机构以及广州、上海多家管理顾问公司等机构举办的公开班讲课和为企业“内训”,还应聘兼任多家优势企业的常年管理顾问。1从控制图和统计抽样检验谈起1.1等同采用国际标准ISO8258:1991的GB/T4091-2001《常规控制图》的12.1有一个例子:某茶叶分装过程要求单包重量(g)平均A0=100.6,类似过程的标准差为s0=1.4,采用子组大小n=5的平均值-极差控制图进行生产控制,25组数据统计结果平均值=100.056,平均极差=4.156(折算样本标准偏差s=1.79),2“图形表明该过程对于预期的过程水平失控”。1.2常用的瓦楞纸箱,其检验规则如表所示。表中同时列出了纸餐盒的检验规则以供对照。表中Ac合格判定数Rc不合格判定数。1.3等同采用ISO2859-1:1999的GB/T2828.1:2003《计数抽样检验程序第1部分:按接收质量控制限(AQL)检索的逐批抽样检验计划》宣贯教材有一例:某厂尼龙11压力管产品属塑料挤出加工,其质量特性“外径和壁厚”(用卡尺测量)工艺稳定性较好。按50根一批打捆为一批,连续编号,按检查水平Ⅱ、AQL=1.5％一次抽检方案,并执行该标准的转移规则。某月份数据如下表:№123456789101112131415161718192021222324d000000000000000001000102判√√√√√√√√√√√√√√√√√×√√√×√×分24681012141618202224262830－－－246020正常放宽正常№25262728293031323334353637383940414243抽检方案说明d0000010020011201200方案nAcRc判√√√√√×√√×√√×××√××√√正常801分－－－－－0240－－－－－－－－－－加严1301加严正常加严停加严放宽3011.4以上所介绍的控制图和统计抽样检验,是SPC当初发展的起点。2SPC的由来和发展2.1现代质量管理的发展可分为三个阶段:第二次世界大战前为“(传统的)质量检验阶段”,之后到20世纪50年代为“统计质量控制(SQC)阶段”,60年代起为全面质量管理阶段。2.2质量检验阶段一开始是“操作者的质量管理”。从开始出现质量管理一直到19世纪末资本主义的工厂逐步取代分散经营的家庭手工业作坊为止,这段时期受小生产经营方式或手工业作坊式生产经营方式的影响,产品质量主要依靠工人的实际操作经验,靠手摸、眼看等感官估计和简单的度量衡器测量而定。工人既是操作者又是质量检验、质量管理者,经验就是“标准”。质量标准的实施是靠“师傅带徒弟”的方式口授手教进行的。《考工记》开头就写道“审曲面势，以饬五材，以辩民器”。所谓“审曲面势”，就是对当时的手工业产品作类型与规格的设计，“以饬五材”是确定所用的原材料，“以辩民器”就是对生产出的产品要进行质量检查，合格者才能使用。之后是“工长的质量管理”:工业革命成功之后,机器工业生产取代了手工作坊式生产,劳动者集中到一个工厂内共同进行批量生产劳动,于是产生了企业管理和质量检验管理,就是通过严格检验来控制和保证出厂或转入下道工序的产品质量。检验工作是这一阶段执行质量职能的主要内容。质量检验所使用的手段是各种各样的检测设备和仪表，它的方式是严格把关，进行百分之百的检验。1918年前后，美国出现了以泰勒为代表的“科学管理运动”，强调工长在保证质量方面的作用，于是执行质量管理的责任就由操作者转移给工长。继而转变为“检验员的质量管理”:由于企业的规模扩大，检验职能由工长转移给专职的检验人员,大多数企业都设置专职的检验部门并直属厂长领导,负责全厂各生产单位和产品检验工作。它既是从产成品中挑出废品、保证出厂产品质量,又是一道重要的工序,通过检验,反馈质量信息,预防今后出现同类废品。专职检验的特点是“三权分立”，即:有人专职制定标准(立法);有人负责生产制造(执行);有人专职按照标准检验产品质量(执法）。这种管理有弱点。其一是出现质量问题容易扯皮、推诿,缺乏系统优化的观念;其二是属于“事后检验”，无法在生产过程中完全起到预防、控制的作用,一经发现废品就是“既成事实”,一般很难补救；第三是它要求对成品进行百分之百的检验,这样做增加检验费用、延误出厂交货期限,有时在经济上并不合理;有时从技术上考虑GB6543-86中华人民共和国国家标准瓦楞纸箱CorrugatedboxQB/T2341-97中华人民共和国轻工行业标准纸餐盒Papertablewares批量N第一次抽检第二次抽检批量N第一次抽检第二次抽检nAcRcnAcRcnAcRcnAcRc小于500503534≤150302312501-1200813845151～350005035343也不可能(例如破坏性检验),在生产规模扩大和大批量生产的情况下,这个弱点尤为突出。后有改为“百分比抽样”。所谓“百分比抽样”是指这样的一个对于计件产品的抽样验收规则:不论产品的批量Ｎ大小如何,一律按事先确定的百分比抽取若干件样品,如其中不合格品不超过事先确定的允许件数c则验收,否则拒收。例如,规定按5％抽样、合格判定数c=0,第一批Ｎ=100,第二批Ｎ=2000,读者请判断:按此方法验收,对哪一批要求严一些?(这种方法使相同质量的产品因批量大小不同而受到不同的处理。资料介绍,前苏联40～60年代一直使用此方法)1924年休哈特(WaterShewhart)博士首先提出控制图,道奇与罗米格(及H.F.DodgeandH.G.Roming)首创统计抽样检验表,一批美国贝尔(Bell)实验室的研究者尝试将这些方法应用于工业生产过程控制,企业产生了统计检验部门。前者1931年发表《TheEconomicControlofQualityofManufacturedProduct》,后者1929年发表《SamplingInspectionTables》.2.3统计质量控制阶段“制造业的传统方法有赖于检验最终产品并筛选出不符合规范的产品的质量控制。这种检验策略通常是浪费和不经济的,因为它是当不合格品产生以后的事后检验。…控制图是一种将显著性统计原理应用于控制生产过程的图形方法,…首先同来帮助评估一个过程是否已达到、或继续保持在具有适当水平的统计控制状态,然后用来帮助在生产过程中通过保持连续的产品质量记录来获得并保持对重要产品或服务的特性的控制与高度一次性。应用控制图并仔细分析控制图,可以更好地了解和改进过程”(ISO8258:1991《休哈特控制图》)。第二次世界大期间,美国国防部向民间采购大量的军需物资及装备，广泛应用于上述统计质量控制方法供货商的生产过程及验收。战后,有些战时使用的标准及培训教材亦延续在民间的企业使用。这些标准包括：AWSZ1.1(1941)《质量管理指南(GuideforQualityControl)》、AWSZ1.2(1941)《分析数据用的控制图法(ControlChartMethodofAnalyzingData)》、AWSZ1.3(1941)《质量控制用的控制图法(ControlChartMethodofControllingQualityDuringProduction)》、MIL-STD-105D(1963)《SamplingProceduresandTablesforInspectionbyAttributes》等。战后,美国主导西方社会的经济,SPC的理论研究而渐成风潮。1950年日本JUSE邀请戴明(W.E.Deming)举办讲习,对日本工业发展产生了重大影响与贡献。1951年朱兰(J.M.Juran)出版《质量管理手册(QualityControlHandbook》。在这个阶段过分强调质量控制的统计方法，忽视其组织管理工作，使得人们误认为“质量管理就是统计方法”，数理统计方法理论比较深奥，是“质量管理专家的事情”，因而对质量管理产生了一种“高不可攀、望而生畏”的感觉。这在一定程度上限制了质量管理统计方法的普及推广。2.4全面质量管理阶段和SPC的发展1961年菲根堡姆(A.V.Feigenbaum)出版《全面质量管理(TotalQualityControl)》,以系统科学的方法首次论述质量管理的思想、原理、理论及方法。1962年日本石川馨主持的JUSE正式出版QCC的月刊,此后QCC活动在日本快速推广,因其属“符合人性的活动”而普及至全世界(《Ishikawa:WhatisTQC?TheJapaneseWay》)。全面质量管理由于日本推行取得举世瞩目的丰硕成果,逐渐由早期的TQC到80年代后期演化为TQM(TotalQualityManagement)。关于全面质量管理(TQM)的概念,到1994年版ISO9000标准中定义为“一个组织以质量中心，以全员参与为基础，目的在于通过让顾客满意和本组织所有成员及社会受益而达到长期成功的管理途径”。虽然2000年版ISO9000标准对TQM没有作出新的解释,