第五章工序质量控制

第五章工序质量控制第一节工序质量控制的基本原理一、质量波动质量差异：生产制造过程的固有本性，质量波动具有客观必然性。质量波动原因偶然性波动系统性波动不可控因素引起随机性影响比较小识别和消除难属于正常波动可控因素不具有随机性影响大，甚至是破坏性的易于识别和消除异常波动工序质量影响因素操作者（man）机器设备（machine）材料（material）工艺方法（method）测试手段（measure）环境条件（environment）即5M1E六大影响因素统计工序质量控制工序质量是通过产品质量特性或工艺质量质量特性表现的，工序质量波动表现为这些质量特性的波动。工序质量控制即对“5M1E”的控制。质量特性波动具有统计规律性。统计质量控制：对生产过程中工序质量特性值总体进行随机抽样，通过所得样本对总体作出统计推断，采取相应对策，保持或恢复工序质量的受控状态。计量型数据：质量特性值的统计规律可用连续型随机变量描述。常用正态分布来描述连续型随机变量的规律。计数型数据：统计规律可有离散型随机变量描述。超几何分布、二项分布、泊松分布。二、常用的随机变量及分布超几何分布超几何随机变量源于有限总体的不放回抽样模型，适用于计件值型质量特性值的控制和检验问题。设有限总体由N个产品组成，其中有D个不合格品，作不放回随机抽样，样本容量为n。样本中不合格品数X为一离散型随机变量变量，服从超几何分布，其恰为d的概率为：为总体合格率为总体不合格率其中数学期望和方差分别为。NDNpqNDpDndNnNnpqDXnpEXCCCdXPnNdnDNdD−=−===−−====−−1,),min(,.2,1,0)1()(Κ二项分布源于某无限总体的n次还原抽样，适用于计件值型质量特性值的控制和检验问题。不放回不会影响总体，也可用于有限总体的还原抽样。设无限总体不合格品率为p（合格品率q=1-p），做随机抽样，样本容量为n，样本中不合格品数X为一离散型随机变量，服从二项分布，其恰为d概率为：)1(,2,1,0)1()(pnpDXnpEXXndppCdXPdnddn−===−==−数学期望和方差分别为二项分布随机变量其中Κ泊松分布应用最广泛的随机分布之一，常用于描绘稀有事件的统计规律性。在计点值型质量特性值的控制和检验中有着重要应用。设离散型随机变量X服从泊松分布，则其值k的概率为：λλλλλλ=======−DXEXXnppnnpkkekXPk,:)(,,,2,1,0!)(为的数学期望和方差分别的平均数缺陷格品实际上是样本中的不合为缺陷率为样本容量其中Κ正态分布是应用最广的一种连续型概率分布，常用于对计量值型特性值的控制和检验，用以描述其质量变化规律。设连续型随机变量X的概率密度为22)(22)(,21)(),,(~,,0,21)(2222σμπσσμσμσμπσσμσμ===∞∞−=−−∞−−−∫DXEXXdteXfXNXXxexftxx为的数学期望和方差分别正态分布随机变量的分布函数为正态分布随机变量记为的正态分布服从参数为则称为常数其中参数μ作为总体平均值，描述质量特性值分布的集中位置和对称中心，参数σ作为总体标准差，描述质量特性值分布的分散程度。如果质量特性值X服从参数为μ和σ的正态分布，则落在区间（μ-3σ，μ+3σ）内的概率为99.73%；落在区间之外的只有0.27%。即“3σ”原理。如果发现X的观测结果不在区间（μ-3σ，μ+3σ）内，则表明生产过程已失控，是由系统原因引起的。生产过程仍然正常的可能性只有0.27%。几种概率分布的关系.,,5,4),1.0(),100(,1.01.0,可用正态分布近似极限分布泊松分布以正态分布为时均值当样本中不合格品数平近似二项分布可用泊松分布时同时较小较大当布来近似超几何分布可用泊松分时及且较大当样本容量≥=≤≤≥≤≤npnpppnnpNnnλ第二节工序质量的受控状态工序质量的两种状态受控状态失控状态若工序质量特性值X，分布参数为μ和σ，即X~N（μ，σ2），则工序质量的两种状态可以用μ和σ的变化来判别。受控状态质量特性值的分布不随时间而变化稳定并符合质量规格的要求X的观测值χ依概率散布在中心线两侧，没有任何系统性规律，且都介于控制限（UCL和LCL）之间。μ0σ0、是质量特性值X的理想分布的数学期望和标准差μ0σ0、是质量特性值X的理想分布的数学期望和标准差失控状态μ≠μ0，σ=σ0，μ保持稳定失控状态μ=μ0，σ≠σ0，σ保持稳定μ≠μ0，σ≠σ0，σ和μ保持稳定，失控严重。μ、σ中至少有一个不稳定，随时间变化。第三节工序能力指数一、工序能力1、工序能力是受控状态下工序对加工质量的保证能力，具有一致性的固有特性。生产过程中工序质量特性值的概率分布反映了工序的实际加工能力。工序能力可用工序质量特性值分布的分散性特征来度量。如工序质量特性值X的数学期望为μ，标准差为σ，则工序能力：B=6σ工序受控状态下加工质量的保证能力受5M1E的制约。若，则P（μ-3σχμ+3σ）=99.73%。即（μ-3σ，μ+3σ）几乎包括了质量特性值X的全部实际分布范围。σ越小，工序能力越强工序满足产品质量要求的能力主要表现在以下两个方面：a)产品质量是否稳定；b)产品质量精度是否足够。),(~2σμNX工序能力用途•选择经济合理的工序方案•协调工序之间的相互关系•验证工序质量保证能力2、工序能力调查工序调查的目的：a)为改善生产过程各道工序的能力提供依据，从而取得较好的经济效果，保证了产品质量的不断提高；b)为设计工作中确定产品标难提供重要资料，使产品设计减少盲目性；c)为工艺规程设计和修订、刀夹量具设计和修改、设备的选用以及对环境的要求等提供可靠资料，从而为更经济地使产品符合标准规格打下基础；d)为制订产品检验方法、编制产品说明书等检验和供销工作提供情报；e)为确定质量管理点提供依据。工序能力调查的一般流程调查计划和方法包括调查范围、期限、负责单位及个人、分层方法、取样方法、测量方法等。调查计划和方法包括调查范围、期限、负责单位及个人、分层方法、取样方法、测量方法等。工序标准化包括工序设备、加工与测试方法、原材料、人员要求、环境等的标准化。工序标准化包括工序设备、加工与测试方法、原材料、人员要求、环境等的标准化。•调查首先从收集数据开始,并从频数分布表、直方图、工序能力图、控制图等作为依据来判断工序是否处于稳定状态。如处于稳定状态，可由其分布的统计量S、X等来计算工序能力指数。•调查首先从收集数据开始,并从频数分布表、直方图、工序能力图、控制图等作为依据来判断工序是否处于稳定状态。如处于稳定状态，可由其分布的统计量S、X等来计算工序能力指数。影响工序能力因素生产过程中，主要影响工序能力的有以下一些因素：a)该工序所使用的设备、工装、辅具、刀具、量具等的适用性、精度和可靠性等；b)该工序使用的原材料或半成品的合理性和适应性等；c)该工序选择的工艺方法、工艺规范及操作程序等的正确性和严格性等；d)该工序的操作人员、辅助人员的思想状况和技术水平等；f)测试方法、手段等的影响；e)该工序所处环境的恰当性等。工序能力是以上5M1E因素的综合反映3、工序能力的测定测定要求：被调查工序必须标准化，进入管理状态（受控稳定状态）。样本容量足够大，数据为100~150较好，至少不得少于50。测定方法（1）266dRsB==S—标本标准差，估计近似的总体标准差σ—平均极差，为一组容量皆为n的样本的极差平均值。—是由n决定的参数R2d（2）取一容量为10的样本，得极差R，则B≈2R（3）SCAT法（simplecapabilityacceptancetest)（简易判别法）不适合于大样本的测定。二、工序能力指数概念工序能力指数是工序质量标准的范围和工序能力的比值，用符号CP表示。如工序质量标准的范围用公差T表示，工序能力是6σ，则CP=T/（6σ）相同的工序能力，但如果质量标准不同，则CP也不会相同。CP表示工序能力满足质量要求的程度。1、工序能力指数的计算设工序质量特性值，且已取得一个随机样本（n≥50），样本平均值，样本标准差为s.（1）、工序无偏，双向公差的情形（2）、工序有偏，双向公差的情形（3）、单向公差的情形),(~2σμNXX2、工序能力指数和不合格率工序无偏时的不合格率p工序有偏时的不合格率p***工序有偏时的不合格率要高于无偏时的不合格率三、工序能力的判断1、工序能力指数判断标准2、存在k时的判断标准工序能力分级表工序能力可分为五级项目级别工序能力指数CP（CPK）对应关系T与σ不合格概率P工程能力分析特级一级二级三级四级CP＞1.671.67≥CP＞1.331.33≥CP＞11≥CP＞0.67CP≤0.67T＞10σ10σ≥T＞8σ8σ≥T＞6σ6σ≥T＞4σT≤4σP＜0.00006%0.00006%≤P≤0.006%0.006%≤P≤0.27%0.27%≤P≤4.45%P≥4.45%工序能力过于充分工序能力充分工序能力尚可工序能力不足工序能力严重不足对于属于特级能力的工序，即使由于各种因素影响有一定的波动也不必担心超差。这时可考虑降低成本措施，适当放宽控制和检验。当工序能力过于充分时，可以采用降低工序能力的办法，这时可改用效率较高而精度较低的设备、工艺、原材料和技术水平，以提高经济效果；还可以采用更改设计，提高技术要求，在保证一定经济性的基础上使产品质量得到提高；另外，也可以将工序合并或减少，以提高经济效果。对于属于一级能力的工序，允许有小的波动，如果不是重要工序，可适当放宽控制和检验。对于属于二级能力的工序，需严格控制，检验不可放宽，否则易产生较多的不合格品。对于属于三级能力的工序，应采取措施提高工序能力；如已出现一些不合格品，则需加严检验，必要时进行全检。对于属于四级能力的工序，必须追查原因，采取果断措施并可进行全检。当工序能力不足时，应制订和执行改善计划和措施，提高设备、工艺、原材料和技术水平，加严控制和检验，从而使工序能力得到提高。‰通过对工序能力进行分析，可以对制造过程进行诊断，对设计合理性进行验证并为技术经济分析提供可靠的资料和依据，从而为有效地提高生产活动的经济效果和产品质量而发挥重大作用。第四节工序质量控制图一、控制图的有关概念1、是对工序过程状态进行分析、判断、监控和改进的一种以预防为主的过程质量管理方法。2、图形表示例子说明：如对某产品的一个零件每天测得10个尺寸数据，共测15天，作成静态方法的直方图，如图所示。用这些数据计算每天数据的平均值和极差R，作出控制图如图所示。控制图画出控制图，通过对图中各点的判断，可以掌握数据所代表的生产或工作过程随时间的变化情况，从而对生产或工作进行控制。直方图3、控制图界限的确定根据3σ原理确定。即3σ方式控制图。中国、美国、日本等都采用这种控制图。CL(ControlLine)、UCL(UpperControlLimit)、LCL(LowerControlLimit)均可用简单的计算方法求出。4、控制图的两类错误αα第一类错误：生产过程失控第二类错误：生产过程正常。错误概率β5、分析用控制图和控制用控制图分析用控制图：分析生产过程是否处于稳定状态，即将非稳定的过程调整到稳态过程用的控制图。a)分析过程是否处于控制状态b)该过程的过程能力指数是否满足要求。控制用控制图：把处于稳定状态下的控制图的作为控制用，即将达到了稳态后的分析用控制图的控制线延长作为控制用控制图。二、控制图的作用工序分析：诊断控制工序质量状态：控制、改进三、控制图的分类根据所采取的统计量不同可分为：①单值控制图(x控制图)；②平均值与极差控制图(控制图)；③平均值与标准差控制图(控制图)；④中值与极差控制图(控制图)；⑤单值与移动极差控制图(控制图)；⑧不合格品数控制图(控制图)；⑦不合格品率控制图(控制图)；⑧缺陷数控制图(c控制图)；⑨单位缺陷数控制图(控制图)。计量值控制图计数值控制图四、控制图的设计1.收集数据2.确定控制界限3.绘制控制图4.控制界限的修正5.控制图的使用和改进五、常用控