统计过程控制(SPC)

SPC(StatisticalProcessControl)统计过程控制变差/波动•过程的单个输出之间不可避免的差别•变差的两个原因：–普通原因–特殊原因•变差的两个趋势:–集中趋势–离散趋势过程控制的需要•检测-容忍浪费：抽样或100%检验的不足•预防-避免浪费：–质量是生产出来的，不是检验出来的在生产过程中，产品的加工尺寸的波动是不可避免的。它是由人、机器、材料、方法和环境等基本因素的波动影响所致。波动分为两种：正常波动和异常波动。正常波动是偶然性原因（不可避免因素）造成的。它对产品质量影响较小，在技术上难以消除，在经济上也不值得消除。异常波动是由系统原因（异常因素）造成的。它对产品质量影响很大，但能够采取措施避免和消除。过程控制的目的就是消除、避免异常波动，使过程处于正常波动状态。为什么要应用SPC统计过程控制（SPC）是一种借助数理统计方法的过程控制工具。它对生产过程进行分析评价，根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆，并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，以达到控制质量的目的。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）；当过程中存在特殊因素的影响时，过程处于统计失控状态（简称失控状态）。由于过程波动具有统计规律性，当过程受控时，过程特性一般服从稳定的随机分布；而失控时，过程分布将发生改变。SPC正是利用过程波动的统计规律性对过程进行分析控制的。因而，它强调过程在受控和有能力的状态下运行，从而使产品和服务稳定地满足顾客的要求。SPC技术原理SPC的概念•使用诸如控制图等统计技术来分析过程或其输出以便采取适当的措施来达到并保持统计控制状态从而提高过程能力。一组重要的统计概念•平均值、中位数•极差、标准差•计量型数值与计数型数值计数型数值和计量型数值平均值（Xbar或X）河水平均深度1.4M,士兵平均身高1.7M平均温度20度平均主义害死人!中位数（）=X(n+1)/2[n为奇数]Xn/2+Xn/2+1[n为偶数]2极差（R)，组距作用:表明数据之间的离散程度标准差σ（Sigma)•标准差总体标准差=样本标准差=通常用样本标准差近似的估计为总体标准差•标准差的意义：一组数中各单个值与总体平均数之间的平均离差，说明这组数的离散程度标准偏差与极差的关系（对于给定的样本容量,平均极差---R越大,标准偏差----σˆ越大）Xσˆ范围范围XσˆσˆX范围RRR特殊原因一种间断性的，不可预计的，不稳定的变差来源。有时被称为可查明原因，存在它的信号是：存在超过控制线的点或存在在控制线之内的链或其他非随机性的情形。普通原因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。变差（波动）的普通原因与特殊原因的区别普通原因（随机原因、偶然原因）特殊原因（可查明原因）是由许多单独的原因所构成是由一个或只有少数几个单独的原因所构成任何一个普通原因只会产生微笑的变差，但许多普通原因一起作用，其产生的总变差是可观的任何一个特殊原因都会造成较大的变差例子：在调整控制刻盘时人为的变差，机器的轻微震动；原材料的微小变化例子：操作人员做错；一个错误的装置；一批不合格的原材料普通原因的变差（正常变差）无法从工序中以较少代价消除之特殊原因的变差（异常变差）能被检测出来，采取措施，消灭其原因，所花的代价通常是合算的如果仅仅只有普通原因的变差出现，则说明工序是最良好的运行；如果在这种情况下生产出不合格品，就说明工序必须进行根本性的改变（改造），或者必须修改公差，以期减少不合格品如果出现特殊原因的变差，则说明该工序并不是最良好的运行如果一个观察值落在普通原因变差的控制限之内，说明该工序不必进行调整如果一个观察值落在普通原因变差的控制限之外，通常说明该工序必须进行检查并加以纠正如果只有普通原因变差存在，说明该工序很稳定，可以运用抽样程序来预测全部生产的质量，或进行工序的优选研究（如调优运算）如果出现特殊原因变差，说明该工序不够稳定，不足以运用抽样程序进行预测说明方面解释方面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。时间范围局部措施和对系统采取措施•局部措施•通常用来消除变差的特殊原因•通常由与过程直接相关的人员实施•通常可纠正大约15%的过程问题•对系统采取措施•通常用来消除变差的普通原因•几乎总是要求管理措施，以便纠正•大约可纠正85%的过程问题过度调整•过度调整是把每一个偏离目标的值当作过程中特殊原因处理的作法。•如果根据每一次所做的测量结果来调整一个稳定的过程，则调整本身就成了一个变差源。过程控制•目标：对影响过程的措施做出合理经济的决定•过程在统计控制下运行（过程受控）：仅存在造成变差的特殊原因•过程控制的作用：当出现变差的特殊原因时报警；反之，不报警过程控制受控（消除了特殊原因）时间范围不受控（存在特殊原因）过程控制的工具-控制图上控制限中心限下控制限•控制图是1924年休哈特博士在贝尔实验室发明的。•基于可控制和不可控制的变差的区分。•二战后的日本工业企业将控制图应用到极致，为战后日本的经济复苏做出了很大的贡献1299.73%95.45%68.26%-3σ-2σ-1σ1σ2σ3σμ正态分布ThisdocumentistheexclusivepropertyofWaferWorksCorp.andshallnotbereproducedorcopiedortransformedtoanyotherformatwithoutpriorpermissionofWaferWorkCorp.本资料为上海合晶硅材料有限公司专有财产,非经许可,不得复制翻印或转变成其他形式使用.控制图原理--3Sigma原则•当质量特性的随机变量x服从正态分布时，则x落在μ±3σ的概率是99.73%。•根据小概率事件可以“忽略”的原则：如果出现超出μ±3σ范围的x值，则认为过程存在异常。•所以，在过程正常情况下约有99.73%的点落在在此控制线内。•观察控制图的数据位置，可以了解过程情况有无改变。控制图的控制线•中心线（CL):X•上控制线/限（UCL):X+3σ•下控制线/限（LCL):X-3σ•右转90度3σ3σx+3σx-3σxx99.73%公差界限与控制界限的区别•公差界限：区分合格品与不合格品•控制界限：区分正常波动与异常波动αβUCLLCL•第Ⅰ类错误（α）：虚发警报•第Ⅱ类错误（β）：漏发警报两类错误•两类错误都会造成损失•上下控制限间距变大：α减小，β增大•上下控制限间距变小：α增大，β减小•间距的设定寻求二者的均衡点（3σ）两类错误控制图设计思想●先确定α，再看β----按照3σ方式确定UCL、CL、LCL，α0=0.27%----通常采用α=1%，5%，10%三级，为了增加使用者的信心，取α=0.27%。Α越大，β越小1%5%10%合理使用控制图的益处•供正在进行过程控制的操作者使用•有助于过程在质量上和成本上能持续的、可预测的保持下去•使过程达到：–更高的质量–更低的单件成本–更高的有效能力•为讨论过程的性能提供共同的语言•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使用控制图的基本步骤1、收集收集数据并画在图上2、控制根据过程数据计算实验控制限识别变差的特殊原因并采取措施3、分析及改进确定普通原因变差的大小并采取减小它的措施重复这三个阶段从而不断改进过程使用控制图的两个阶段•过程分析阶段（初始能力研究）•过程监控阶段分析用控制图与控制用控制图●分析用控制图应用控制图时，首先将非稳态的过程调整到稳态，用分析控制图判断是否达到稳态。确定过程参数特点：1、分析过程是否为统计控制状态2、过程能力指数是否满足要求？●控制用控制图等过程调整到稳态后，延长控制图的控制线作为控制用控制图。应用过程参数判断控制图类型计量型数据X-R均值和极差图计数型数据Pchart不合格品率控制图X-δ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缺陷数控制图X-MR单值移动极差图Uchart单位缺陷数控制图控制图的选择控制图的选择数据的性质样本的大小n=?数据为不良数或缺点数样本数量控制图Me-R控制图X-R控制图X-S控制图X-Rm(P)不合格品率控制图(np)不合格品数控制图(μ)单位不合格数控制图（c)不合格数控制图n是否相等单位大小是否一定n=?计量值计数值n≧2n=1n=3或5n=2~5n10缺点数不良数不是是不是是~－－计量型数据控制图与过程有关的控制图计量单位：（mm,kg等）过程人员方法材料环境设备123456结果举例控制图举例螺丝的外径（mm）从基准面到孔的距离（mm）电阻（Ω）锡炉温度（ºC）工程更改处理时间（h）X图R图使用控制图的准备1、建立适合于实施的环境a排除阻碍人员公正的因素b提供相应的资源c管理者支持2、定义过程根据加工过程和上下使用者之间的关系，分析每个阶段的影响因素。3、确定待控制的特性应考虑到：顾客的需求当前及潜在的问题区域特性间的相互关系接上页4、确定测量系统a规定检测的人员、环境、方法、数量、频率、设备或量具。b确保检测设备或量具本身的准确性和精密性。5、使不必要的变差最小确保过程按预定的方式运行确保输入的材料符合要求恒定的控制设定值注：应在过程记录表上记录所有的相关事件，如：刀具更新，新的材料批次等，有利于下一步的过程分析。15X-R控制图(均值-极差)1.公式：(1)X控制图CL=XUCL=X+A2RLCL=X-A2R(2)R控制图CL=RUCL=D4RLCL=D3R2.实例：某工厂制造一批紫铜管，应用X-R控制图来控制其内径，得用下页资料，求得控制图控制限并绘图。16样組测量值XR样組测量值XRX1X2X3X4X5X1X2X3X4X51505049525150.4314534847525150.262475353455049.6815534849515250.653464549484947.4416465053515350.674504849495249.6417505249494949.835464850545049.6818504950495149.826504952512451.2519524952535051.247474950485249.2520504750535250.468485046495148.8521524951535051.049505049515349.0422555451515052.2510495151464849.2523505452504951.0511515049465049.2524475151525250.6512505049525150.4325535151505151.2313494949505550.461250120X-R控制图用数据ThisdocumentistheexclusivepropertyofWaferWorksCorp.andshallnotbereproducedorcopiedortransformedtoanyotherformatwithoutpriorpermissionofWaferWorkCorp.本资料为上海合晶硅材料有限公司专有财产,非经许可,不得复制翻印或转变成其他形式使用.17X-R控制图用数据表1.将每样组之X与R算出记入数据表内2.求出X与RX=ΣX/k=1250/25=50R=ΣR/k=120/25=4.83.查系数A2，D4，D3A2=0.58，D4=2.11，D3=负值(以0代表)ThisdocumentistheexclusivepropertyofWaferWorksCorp.andshallnotber