生产过程质量控制技术之SPC

生产过程质量控制之SPC为之于未有，治之于未乱根据典记，魏文王曾求教于名医扁鹊：“你们兄弟三人，都精于医术，谁的医术最好呢？”扁鹊：“大哥最好，二哥差些，我是三人中最差的一个。”魏王不解。扁鹊解释说：“大哥治病，是在病情发作之前，那时候病人自己还不觉得有病，但大哥就下药铲除了病根，使他的医术难以被人认可，所以没有名气，只是在我们家中被推崇备至。我的二哥治病，是在病初起之时，症状尚不十分明显，病人也没有觉得痛苦，二哥就能药到病除，使乡里人都认为二哥只是治小病很灵。我治病，都是在病情十分严重之时，病人痛苦万分，病人家属心急如焚。此时，他们看到我在经脉上穿刺，用针放血，或在患处敷以毒药以毒攻毒，或动大手术直指病灶，以为我的医术高明，所以我名闻天下。”魏王大悟。1.1.1质量检验阶段20世纪前，属于“操作者的质量管理”。20世纪初，质量管理的职能由操作者转移给工长，是“工长的质量管理”。随着企业生产规模的扩大和产品复杂程度的提高，大多数企业开始设置检验部门，这时是“检验员的质量管理”。上述几种做法都属于事后检验的质量管理方式。1.1质量管理的三个阶段1.前言1.1.2统计质量控制阶段以数理统计理论为基础的统计质量控制的推广应用始自第二次世界大战。由于事后检验无法控制武器弹药的质量，美国国防部决定把数理统计法用于质量管理，并由标准协会制定有关数理统计方法应用于质量管理方面的规划，成立了专门委员会，并于1941～1942年先后公布一批美国战时的质量管理标准。1.1质量管理的三个阶段1.前言1.1.3全面质量管理阶段在生产技术和企业管理中要求运用系统的观点来研究质量问题。在管理理论上，突出重视人的因素，强调依靠企业全体人员的努力来保证质量。全面质量管理是“为了能够在最经济的水平上、并考虑到充分满足顾客要求的条件下进行生产和提供服务，并把企业各部门在研制质量、维持质量和提高质量方面的活动构成为一体的一种有效体系”。1.1质量管理的三个阶段1.前言2.1SPC是什么?•统计过程控制（StatisticalProcessControl简称SPC）是一种借助数理统计方法的过程控制工具。用控制图分析、监控和改进过程的方法。一种用于检测异常的工具可判断过程的变差，及时告警它主要区分由特殊原因引起的异常波动还是由普通原因引起的正常波动,但不能告知此异常是什么因素引起的2.SPC的基本概念1、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。2.2SPC可以做什么?2.SPC的基本概念2.3术语解释——六西格玛术语名称解释短期工程能力指数CPCP指工程的平均值和规格中心值相重合时的短期工程能力指数（在Minitab）。CP=（USL-LSL）/6st。st表示短期标准偏差。CPKCPK工程的平均值和规格中心值不一致时的短期工程能力指数。CPK=Nin{Cpu=（USL-μ）/3st,Cpl=（μ-LSL）/3st}PPPP指工程的平均值和规格中心值相重合时的长期工程能力指数。PP=（USL-LSL）/6ltlt表示长期标准偏差。PPKPPK工程的平均值和规格中心值不一致时的短期工程能力指数。PPK=Nin{Ppu=（USL-μ）/3lt,Ppl=（μ-LSL）/3lt}2.3术语解释——SPC常用术语名称解释平均值（X）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，一般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。2.3术语解释——SPC常用术语名称解释中心线（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。2.3术语解释——SPC常用术语名称解释普通原因（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。2.4SPC的发展及应用SPC源于20年代，以美国休哈特（Shewhart）博士发明控制图为标志。二战中美国将其制定为战时质量管理标准，对军工产品的质量保证和及时交付起到了积极的作用。50年代在日本工业界大量推广应用，对日本产品质量的崛起起到了至关重要的作用。80年代许多大公司纷纷积极推广应用SPC2.SPC的基本概念2.5为什么要学习SPC?假如对制造过程的主要工序都建立简便易行的控制系统，当质量问题一旦出现，就能被及时发现，及时纠正，阻止不合格品流入下道工序。即达到预防的目的。在制造过程中，应尽量避免或减少出现质量问题再纠正或反馈的损失。(有效的策略就是预防)有效的预防策略:简便易行的控制系统2.SPC的基本概念2.6实施SPC的过程包含三大内容：第一步、用SPC工具对过程进行分析，如绘制分析用控制图等；第二步、根据分析结果采取必要措施：可能需要消除过程中的系统性因素，也可能需要管理层的介入来减小过程的随机波动以满足过程能力的需求。第三步、则是用控制图对过程进行监控。2.SPC的基本概念质量控制的模型15原材料生产过程产品检查合格出货不合格返工报废出货利用报废处理观查:数据的收集评估:数据的分析诊断:调查原因决定:规划行动实施:采取行动原材料生产过程产品偶然因素特殊因素SPC控制图目的：区分这2种因素，消除特殊因素产生的变异过程控制模型质量控制的模型VS过程控制模型3.SPC基本原理输入各种要素人设备材料方法环境测量5M1E资源的组合输出中间产品作为一个概念，有其明确的定义：利用资源将输入转化为输出的一组活动。3.1什么是过程？活动3.SPC基本原理3.2SPC能给制造过程提供什么帮助？为过程提供了一个早期报警系统，及时监控过程情况，以防止废品的发生。确定过程的统计控制界限，判断过程是否失控和过程是否有能力。根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆，采取措施消除其影响。使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态，达到预防不合格品产品的目的。减少对常规检验的依赖性，定时的观察和测量方法替代了大量的检测和验证工作。■■■■■3.SPC基本原理3.3“波动”的概念及统计规律性生产线上加工出来的产品没有绝对相同的。产品间的差别是用其资料特性值（数据）的差异表现出来。连续材料一批产品中每个质量特性，一边测量一边画直方图，就可以发现其统计规律这条曲线就是质量特性x的分布■3.SPC基本原理每件产品的尺寸与别的都不同范围范围范围范围但它们形成一个模型，若稳定，可以描述为一个分布范围范围范围分布可以通过以下因素来加以区分位置分布宽度形状或这些因素的组合3.4正态分布的特征68.28％µ+σµ－σ若某过程输出特性x服从N(µ，σ2)在统计过程控制中最常见的分布是正态分布正态分布被参数µ与σ完全确定，记为N（µ，σ2）；µ表示分布的中心位置；σ表示分布的标准差或者表示数据的分散程度，或用极差表示；在界限µ±1σ内，即有31.74％那么该过程输出产品中有68.26％■■■■■产品在界限µ±1σ之外。3.SPC基本原理正态分布下界限内外的比率界限界限内的比率界限外的比率µ±1σ68.26%31.74%µ±2σ95.46%4.54%µ±3σ99.73%0.27%µ±4σ99.9937%0.0063%µ±5σ99.999943%0.000057%µ±6σ99.9999998%0.0000002%1924年，休哈特博士建议用界限µ±3σ作为控制界限来管理过程。即我们常说的3σ管理。■3.SPC基本原理µ+3σµ－3σµσ将正态分布图及其界限µ±3σ转90°，在翻转180°纵座标为输出特性X，横坐标为时间或编号3.5控制图的形式µ+3σµ－3σUCL上控制界限LCL下控制界限CL中心线3.SPC基本原理3.6过程波动的统计规律性当过程受控时，过程特性一般服从稳定的且可重复的随机分布；而失控时，过程分布将改变。时间受控失控当过程仅受随机因素影响时，过程处于统计控制状态（简称受控状态）当过程中存在系统因素的影响时，过程处于统计失控状态（简称失控状态）■■■3.SPC基本原理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。时间范围过程控制受控（消除了特殊原因）时间范围不受控（存在特殊原因）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）1、计量型数据－－它是某种量具、仪器测定地数据，这类数据可取某一区间内地任一实数。如轴的直径、电阻的阻值、材料的强度等，这类特性数据常服从正态分布，通常用两张图。3.7质量特性数据分为两类：3.SPC基本原理2、计数型数据－－它是通过数数的方法获得的。常取0，1，2等非负整数。如一批产品中的不合格品数，铸件上的气孔数，一匹布上的疵点数，对这类特性数据只需要用一张控制图就可以了，也有四种控制图：管制图类型计量型数据X-R均值和极差图计数型数据Pchart不良率管制图X-δ均值和标准差图nPchart不良数管制图X-R中位值极差图Cchart缺点数管制图X-MR单值移动极差图Uchart单位缺点数管制图3.SPC基本原理3.8控制图的选择方法确定要制定控制图的特性是计量型数据吗？否关心的是不合格品率？否关心的是不合格数吗？是样本容量是否恒定？是使用np或p图否使用p图样本容量是否桓定？否使用u图是是使用c或u图是性质上是否是均匀或不能按子组取样—例如：化学槽液、批量油漆等？否子组均值是否能很方便地计算？否使用中位数图是使用单值图X-MR是接上页使用X—s图子组容量是否大于或等于9？是否是否能方便地计算每个子组的S值？使用X—R图是否使用X—R图注：本图假设测量系统已经过评价并且是适用的。应用SPC控制图的5个步骤SPC-StatisticalProcessControl记录数据计算相应的统计量，均值，标准差，极差，比例等计算出试运行阶段的控制图的中心线和控制界限在控制图上画出中心线和控制界限画出收集到的数据在控制图上调查控制图上超出控制界限的点的出界原因，查找出异常因素并加以消除如果没有找到异常因素，可以剔除超出控制界限的点如果有必要，重新计算控制界限计算出工艺能力连续的收集数据并绘制控制图找出不受控的情况并采取纠正行动如果发生了永久的过程偏移，要重新计算中心线和控制界限选择要监控的品质特性：最终产品，制造过程中的产品，过程中的输入变量决定每次抽样数目，和抽样频率等1-样本准备阶段2-数据收集3-建立控制图4-分析和解释控制图5-分析和解释控制图4.SPC控制图的制作4.1计量型控制图：Xbar-R图计算每个