SPC统计过程控制理论及应用

SamtinZhang张盛鑫统计过程控制StatisticalProcessControl2011-06-101SamtinZhang张盛鑫质量管理发展三个阶段及其比较序号对比内容质量检验阶段1900-1940年统计质量管理阶段1940-1960年全面质量管理阶段1960-现在1生产特点以手工及机械化生产为主大量生产现代化大生产2管理范围限于生产现场同左产品质量形成全过程3管理特点事后把关为主把关与部份预防相结合防检结合，全面管理4管理方法技术检验方法应用数据统计方法运用多种管理方法5参与管理人员依靠质检部门和质量人员依靠技术部门、质检部门和质检人员依靠全体员工统计过程控制产生的背景事后检验，木已成舟-导致大量产品的报废-大量检验耗时费力事前预防事中监视事后检验抽样验证过程能力保证设计能力保证质量是检验出来的质量做制造出来的质量是设计出来的2SamtinZhang张盛鑫本课程重点学习内容数理统计的相关概念（计数型、计量型、均值、方差、标准偏差、极差、移动极差、变异系数等）不良概率的估算（已知Cpk或Sigma&均值区间等）方差的可加性及计算工程能力指数的计算SPC控制图的原理、构成及控制线的计算3第一讲统计学基础知识第二讲数据概念第三讲统计过程控制第四讲过程能力分析SamtinZhang张盛鑫第一讲统计学基础知识•随机现象•统计学•统计方法•总体、个体、样本•统计描述•统计推断•统计控制•统计风险——统计学5SamtinZhang张盛鑫•自然界每天发生现象/事件，多种多样、无穷无尽。•二类现象/事件确定性现象——如自由落体、同性相斥等非确定性现象随机现象非随机现象——随机现象随机现象：•在一定条件下，可能发生，可能不发生。•事先无法预知结果•大量重复出现，服从于统计规律。6SamtinZhang张盛鑫统计学基本思想：•两个观点：随机性、规律性。•三个特性：数量性、总体性、具体性。1.随机性：•统计数据永远是波动•其取值是随机的。2.规律性：•数据的收集必须遵循随机的原则。•经过整理在大量试验条件下，统计数据显现出一定的规律性。7SamtinZhang张盛鑫1.数量性：•统计是从数量方面入手，认识事物的工具。•没有数量就没有统计。•一门科学只有应用了数学才能达到完善的程度。——统计学基本思想：三个特性2.总体性：•着眼于事物总体的规律、特征。•从整体上反映和分析事物的数量特征。•采用大量观测法。3.具体性：•统计的认识对象是具体的事物在一定时间、地点条件下的数量表现。•收集数据要有明确的目的，尽可能掌握它的历史。•应注意数据所代表的社会经济的实际意义。8SamtinZhang张盛鑫•总体——研究对象的全体。•个体——构成总体的每个成员。•样本——从总体中抽取部分个体组成的集合。——样品：样本中的每一个个体。——样本容量：样品的个数。又称样本量。——统计学基础方法：随机抽样统计学基础方法：随机抽样•随机抽样两个条件：1.随机性：总体中每个个体都有相同的机会入样。2.独立性：从总体中抽取的每个样品，对其它样本的抽取无任何影响。9SamtinZhang张盛鑫统计技术：•以概率论和数理统计为基础。•是研究随机现象中确定的数学规律的一门数学学科。——统计方法：概念10SamtinZhang张盛鑫统计方法：•收集，整理、分析和解释统计数据，并对其反映的问题，作出一定结论的方法。•质量统计方法，专指用在质量管理中的统计方法。——统计方法：概念统计方法分类：统计描述、统计推断、统计控制11SamtinZhang张盛鑫统计描述：•通过对统计数据的收集和整理，从而清楚描述事物的规律或状态。•统计方法的基础。•将零星的、分散的、杂乱的信息数据转化成规范的表格，图形。——统计方法：分类12SamtinZhang张盛鑫统计推断：•通过对数据的分析和统计运算所得到的特性值，对事物的状态和发展趋势进行预测和推断。•又称归纳统计法。——统计方法：分类13SamtinZhang张盛鑫统计控制：•通过对数据的整理、分析和统计计算所得到的结果，评价事物状态、监测变异，从而保持控制过程处于稳定的状态。——统计方法：分类14SamtinZhang张盛鑫•评价过程质量的控制状态。•预防不合格品的发生或再发生。•降低检验成本。•揭示产品不合格的原因或主要原因。——统计方法：主要作用——监视产品质量、谋求改进机会、进行质量管理的重要方法、工具。15变化趋势主要矛盾事件概率……SamtinZhang张盛鑫统计方法应用范围：•任何过程、阶段——包括需求调研、产品设计，制造控制、顾客满意度评价等。——统计方法：应用范围、条件16统计方法应用基础条件：•过程稳定处于受控状态•必要的资源：测试仪器（能满足测量精度要求的）；检测方法手段；记录图表；高素质员工。SamtinZhang张盛鑫第二讲数据的类型及统计17SamtinZhang张盛鑫一、数据：•一般可通过观察、检验、测量、试验获得。反映事物或产品质量特性和状态的数字。•任何一门科学都必须进行定量研究。——数据：概念二、数据分类2.1产品特性值2.2误差与容差2.3统计特性值18SamtinZhang张盛鑫有关术语:•质量：一组固有特性满足要求的程度。•特性：可区分的特征。•质量特性：产品、过程或体系与要求有关的固有特性。•产品：过程的结果。•过程：一组将输入转化为输出的相互关联或相互作用的活动。——产品特性值：将要求按特定的准则，转化为产品功能性的术语和量值。192.1产品特性值SamtinZhang张盛鑫按种类分类：•理化特性：机械，理化，电，光，声等；•感官特性：嗅觉，听觉，视觉，触觉等；•行为特性：礼貌，诚实，正直等；•时间特性：准时，可靠性，可用性等；•功能特性：制冷，制热，切割，粉碎等；——数据：产品特性值分类——尚有人体工效、经济、社会、心理等特性。20SamtinZhang张盛鑫按属性分类：固有特性——赋予特性。内在特性——外在特性。关键特性——一般特性。——数据：产品特性值分类21SamtinZhang张盛鑫按定量、定性分类：•定量数据：定量可测——计量型数据。•定性数据：定性可数——计数型数据。•计数型数据：计件值、计点值。——数据：产品特性值分类22SamtinZhang张盛鑫误差是客观存在的•产品特性值由过程决定。过程因素是动态、变化的。因此产品特性值的波动是客观存在的，无法完全清除。•误差：特性值对期望值的偏离差距。•误差组成：总误差=加工误差+测量误差。•容差：允许偏离的范围。•规范界限：公差T=TU-TL。232.2误差与容差SamtinZhang张盛鑫造成误差的两类原因：•系统误差——异因造成；异因造成的误差较大，有规律可测知，且可消除。•随机误差——偶因造成；偶因造成的误差较小，为过程固有特性，无法消除。SPC24SamtinZhang张盛鑫——计量值统计量的计算（能连续测量的统计量）反映质量集中趋势均值：X=XI/n中位数：按大小先排队后取中n为奇数时，直接取中。n为偶数时，取中间两个数的算术平均。——数据：统计特性值{{{252.3统计特性值SamtinZhang张盛鑫反映质量分散程度极差：R=Xmax-Xmin移动极差：Rsi=Xi-Xi+1（又称MR）总体标准差：=（xi-x）2/N样本标准差：s=（xi-x）2/（n-1）变异系数：Cv=/x或s/xSPC标准偏差Excel函数计算：=STDEV（待统计样本数据）方差：为标准差的平方26SamtinZhang张盛鑫——计数值统计量的计算（不能连续统计量）计件值不合格品率：P=d/n×100%或D/N×100%不合格品数：d或D计点值缺陷数：C单位缺陷数：U=C/n或C/N{{SPC272.4正态分布曲线及特征两个变量：1）μ，决定中心位置，左、右2）σ，决定形态，胖、瘦μ是否相等？σ是否相等？μ不等、σ相同μ相等、σ不同2.4正态分布曲线描绘正态分布曲线：为直方图的顶端联线辛钦中心极限定理方差的可加性两个独立随机变量之和的方差，等于它们方差之和。这一性质称为方差的可加性，可以推广到有限多个随机变量，前提是相互独立。σT2=σ12+σ22+σ32+……AB尺寸A与B存在一定相关性，不独立已知上下片标准差均为0.02mm,求叠加后的标准差？σT2=σ12+σ22=0.022+0.022σT=0.028≠(0.02+0.02)已知μ和σa的概率Pa为多少？•Pa为概率密度函数在（-∞~a）区间的积分，即该区域的面积•可转换为标准差倍数，用Excel函数计算正态分布概率计算已知Sigma数，求不良率：已知不良率，求Sigma水平3σ-99.73%2σ-95.45%68.26%如果成年男子的身高平均值（x-bar）是170cm，標準差（）是5cm，請問身高在160至180cm之間的男性佔成年男子的比例？答：______________SamtinZhang张盛鑫SPC第三讲统计过程控制35SamtinZhang张盛鑫SPC质量管理应首先明确：①贯彻预防原则是现代质量管理的核心与精髓②质量管理学科的重要特点——科学性过程控制理论和控制图抽样检验理论和抽样表统计质量控制基础(2)第一节SPC的基本概念(1)36SamtinZhang张盛鑫SPC(3)SPC的涵义为了贯彻预防原则，应用统计技术对过程各阶段评估和监视，保持过程处于可接受的稳定水平从而保证产品与服务符合规定的要求。原则：预防目的：稳定方法：统计、控制图手段：过程监视37SamtinZhang张盛鑫SPC第二节控制图原理一、控制图对过程质量特性值进行测定、记录、评估，从而监察过程是否处于控制状态的一种用统计方法设计的图。世界上第一张控制图：休哈特—不合格品率控制图（P图）38SamtinZhang张盛鑫SPC二、控制图的结构UCL–UpperControlLimit，控制上限LCL–LowerControlLimit，控制下限样本统计量数值LCLCLUCL99.73%39SamtinZhang张盛鑫SPC3.13σ原理正态分布中，不论μ与σ取值如何，产品质量特性值落在均值±3σ范围内的概率为99.73%，落在该范围外的概率为0.27％（千分之三）是个小概率事件“在一次观测中，小概率事件是不可能发生的，一旦发生就认为过程出现问题。”故“假定工序（过程）处于控制状态，一旦显示出偏离这一状态，极大可能性就是工序（过程）失控，需要及时调整。”据此休哈特发明了控制图。三、控制图原理在产品特性值有异常而未超出规格之前，异常警报立即采取措施立即消除异常避免超出规格(不良品）的发生40SamtinZhang张盛鑫3.2.1.偶然波动过程处于统计控制状态，也称为受控状态。特点：过程中存在许多波动源，每个波动源对质量特性X的影响都是很小的，通常X服从正态分布，且其分布不随时间的变化而改变。偶然波动是偶然因素引起的，是过程固有的。SPC——概述3.2波动及其原因通常波动有两大类:异常波动偶然波动41SamtinZhang张盛鑫若仅仅是偶然波动出现，那过程输出呈正态分布。这个分布不随时间而变，因而可以预测结果。SPC过程控制（incontrol）——概述42SamtinZhang张盛鑫3.2.2异常波动过程不处于统计控制状态，也称为失控状态。特点:过程中存在许多波动源，但有一个或几个对质量特性的影响较大，而其它的影响均很小。这些强的波动源使X的分布会随时间的变化而发生改变，改变分布的位置、或分布的标准差，有时又会使分布的形状发生变化。异常波动是异常因素引起的，非过程所固有。SPC——概述43SamtinZhang张盛鑫SPC不可预测过程失控（outofcontral）当异常波动出现时，过程输出的分布是随时间而变化的，不稳定的，从而是不可预测的。——概述44SamtinZhang张盛鑫SPC(一)控制图的形成把正态分布图按逆时针方向转90°，就得到一张控制图。第三节常规控制图分析45SamtinZhang张盛鑫SPC(二)两类错误：1.虚发警报过程实际上没有失控而虚