第六节 工序能力分析

1第五章工序能力分析第六节过程能力分析（工序能力）本节主要要求：１．了解工序能力和工序能力指数的涵义２．掌握工序能力指数的表示方法及其在各种情况下的计算方法３．掌握工序不合格率的推算方法４．掌握工序能力指数的判定５．掌握提高工序能力指数的途径重点：计算方法、判定标准、提高方法2质量波动及原因质量差异是生产制造过程的固有本质，质量的波动具有客观必然性。工序质量控制的任务，是要把质量特性值控制在规定的波动范围内，使工序处于受控状态，能稳定地生产合格品。从引起质量波动的原因的性质来看，可分为：１．偶然性波动（chanceofcauseofvariation)２．系统性波动（assignableofcauseofvariation)一、质量的波动性3质量波动及其原因1、偶然性波动偶然性波动由大量的、微小的不可控因素的作用而引起，这种波动具有随机性。偶然性的波动称为正常波动。工序质量控制的任务是使正常波动维持在适度的范围内。2、系统性波动系统性波动由少量的、但较显著的可控因素的作用而引起，这种波动不具有随机性。系统性的波动称为异常波动。工序质量控制的任务是及时发现异常波动，查明原因，采取有效的技术组织消除系统性波动，使生产过程重新回到受控状态。4质量波动及其原因3、偶然性和系统性关系相对的转化偶然性波动系统性波动系统性波动偶然性波动5影响工序质量的因素工序质量是诸多因素的综合作用，将影响工序质量的因素归纳为“５M1E”操作者man材料material机器设备machine工艺方法测试手段环境条件methodmaterialenvironment产品设计工艺选择计划调度人员培训工装设备物资供应计量检验安全文明人际关系劳动纪律6质量波动的统计规律4、质量特性值的波动具有统计规律性质量波动的个别观测结果具有随机性，但在受控状态下的大量观测结果必然是呈现某种统计意义上的规律。这种统计规律性是统计质量控制的必要前提和客观基础统计质量控制是统计质量管理中的一个重要问题所谓统计质量控制，就是对生产过程中、工序过程中工序质量特性值进行随机抽样，通过所得样本总体作出统计推断，采取相应对策，保持或恢复工序质量的受控状态。7工序能力的概念二、工序能力1、工序能力是指处于稳定状态下的工序实际加工能力。一般用B来表示稳定生产状态下的工序应该具备以下几个方面的条件：1．原材料或上一道工序成品按照标准要求供应；２．本工序按作业标准实施，并应在影响工序质量各主要因素无异常的条件下进行；３．工序完成后，产品检测标准按照要求进行．在非稳定生产状态下的工序所测得的工序能力是没有意义的．工序实施以及前后过程均应标准化8工序能力测定2、工序能力的测定一般是在成批生产状态下进行的，工序满足产品质量要求的能力主要表现在以下两个方面：１．产品质量是否稳定；２．产品质量精度是否足够。当确认工序能力可以满足精度要求的条件下，工序能力是以该工序产品质量特性值的变异或波动来表示。产品质量的变异可以用频数分布表、直方图、分布的定量值以及分布曲线来描述。9工序能力测定在稳定生产状态下，影响工序能力的偶然因素的综合结果近似地服从正态分布。为了便于工序能力的量化，可以用３σ原理来确定其分布范围：当分布范围取为µ±3σ时，产品质量合格的概率可达99.7%接近于1。因此以±3σ，即6σ为标准来衡量工序的能力是具有足够的精确度和良好的经济特性的。所以在实际计算中就用σ的波动范围来定量描述工序能力。记工序能力为B，则B=6σ。10工序能力测定•若B=2σ，则合格品率为68.26%.•若B=4σ,则合格品率为95.45%.•若B=6σ,则合格品率为99.73%.•若B=8σ,则合格品率为99.994%.正态分布图11影响工序能力的因素设备如设备精度的稳定性,性能的可靠性,定位装置和传动装置的准确性,设备的冷却润滑的保护情况,动力供应的稳定程度等.工艺材料操作者环境如工艺流程的安排,工序之间的衔接,工艺方法、工艺装备、工艺参数、测量方法的选择，工序加工的指导文件，工艺卡、操作规范、作业指导书、工序质量分析表等。如材料的成分，物理性能，化学性能处理方法，未来配套件元器件的质量等．如操作人员的技术水平熟练程度，质量意识，责任心，管理程度等．如生产现场的温度、湿度、噪音干扰、振动、照明、室内净化、现场污染程度等。3、影响工序能力的因素12主导性因素工序能力是上述５个方面因素的综合反映,但是在实际生产中,这5个因素对不同行业、不同企业、不同工序，及其对质量的影响程度有着明显的差别，起主要作用的因素称为主导因素。例：如对化工企业来说，一般设备、装置、工艺是主导性因素。如机械加工的铸造工序则主要因素一般是工艺过程和操作人员的技术水平。手工操作较多的冷加工、热处理及装配调试中的操作人员的水平是主要影响因素。精密设备和电子产品则环境条件的影响更为重要等等。这些因素对产品质量都起着主导作用，因而是主导性因素。13工序能力指数的概念质量标准是指工序加工产品必须达到的质量要求，通常用标准、公差（容差）、允许范围等来衡量，一般用符号T表示。质量标准（T）与工序能力（B）之比值，称为工序能力指数，记为Cp.技术要求工序能力工序能力指数Ｃp值，是衡量工序能力大小的数值．对于技术要求满足程度的指标，工序能力指数越大，说明工序能力越能满足技术要求，甚至有一定的能力贮备．但是不能认为工序能力指数越大，加工精度就越高或者说技术要求越低．三、工序能力指数1、工序能力指数的概念14工序能力的判断标准2、工序能力的判断标准15工序能力指数的计算工序能力指数的计算计量值为双侧公差而且分布中心和标准中心重合的情况分布中心和标准中心不重合的情况计量值为单侧公差情况计件值情况下计点值情况下3、工序能力的计算16工序能力指数的计算计量值为双侧公差而且分布中心和重合的情况标准中心σ可以用抽取样本的实测值计算出样本标准偏差Ｓ来估计17例１例1：某零件的强度的屈服界限设计要求为4800～5200kg/cm2，从100个样品中测得样本标准偏差(S)为62kg/cm2,求工序能力指数．解：当工序过程处于稳定状态，而样本大小n=100足够大，可以用Ｓ估计σ：工序能力尚可18工序能力指数的计算分布中心和标准中心不重合的情况ε为分布中心对标准中心M的绝对偏移量|M-μ|,把ε对T/2的比值称为相对偏移量或偏移系数,记作K=2ε/T当K=0,Cpk＝Ｃp，即偏移量为０，修正工序能力指数就是一般的工序能力指数．当Ｋ＞＝１时，Ｃpk＝０，这时Ｃp实际上也己为０．19例２例2：设零件的尺寸要求（技术标准）ф30±0.023随机抽样后计算样本特性值为=29.997，Cp=1.095，求CPK工序能力不足X20工序能力指数的计算计量值为单侧公差情况当uTu或u=Tl时，则认为Cp=0，这时可能出现的不合格率为50%-100%21工序能力指数的计算计件值情况下相当于单侧公差情况当以不合格品数作为检验产品质量指标，并以（np)u，取样本k个，每个样本大小为n，由二项分布可得：当以不合格品率Ｐ作为检验产品质量指标，并以Ｐu作为标准要求时22例３例3:抽取大小为n=100的样本20个,其中不合格品数分别为:1,3,5,2,4,0,3,8,5,4,6,4,5,4,3,4,5,7,0,5,当允许样本不合格品数(nP)为1０时,求工序能力指数.解：23工序能力指数的计算计点值情况下相当于单侧公差情况当以疵点数（或缺陷）数Ｃ作为检验产品质量指标，并以Ｃμ作为标准要求时．取样本Ｋ个，每个样本大小为n，其中疵点数（或缺陷数）分别噗Ｃ１，Ｃ２，……Ｃk，则由泊松分布：24例４例：抽取大小为n=50的样本20个，其中疵点数分别为：1,2,0,3,2,4,1,0,3,1,2,2,1,6,3,3,5,1,3,2,当允许样本疵点数Cu为6时，求工序能力指数．25不良品率的计算当质量特性的分布呈正态分布时，一定的工序能力指数与一定的不良品率相对应．（例如当Cp=1时，即B=6σ时，质量特性标准的上下限与±3σ重合，由正态分布的概率函数可知，此时的不良品率为0.27%）在上下限之间的分布函数值１、分布中心和标准中心重合的情况P=2φ(-3Cp)（公式推导参照教材P166）２、分布中心和标准中心重合的情况P=1-φ(3Cpk)+φ[-3Cp(1+K)]（公式推导参照教材P167）３、查表法Cp—K—P数值表26例5例当Cp=1时求相应不合格率P0027.000135.02)3(2)13(2PP=0.27%27例6例当Cp=0.9时求相应不合格率P006934.0003467.02)7.2(2)9.03(2PP=0.6934%由不合格品率的公式及上两例可知，Cp值增大时，不合格品率下降；反之，当Cp值减小时，不合格品率增大。28例7例：已知某零件尺寸要求为５０±1.5(mm)，抽取样本计算得s=0.5：求零件的不合格率Ｐ．解：Cp=T/6s=(51.5-48.5)/6*0.5=1.0K=2ε/T=2(u-M)/T=0.46.50x%59.303591335.000001335.09641.01)2.4()8.1(1)]4.01(13[)6.03(16.00.1)4.01()1(PCKCppk)1(3()3(1KCCpppk29例8例：已知某零件尺寸要求为φmm，随机抽样后计算出的样本特性值=7.945mm，S=0.00519mm,过程能力指数Cp=1.6,K=0.8,Cpk=0.32,求不合格率P。10.005.08x解%85.16)64.8()96.0(1)]8.01(6.13[)32.03(1p)1(3()3(1KCCpppk30工序能力分析当工序能力指数求出后,就可以对工序能力是否充分作出分析和判定.即判断Cp值在多少时，才能满足设计要求．31提高工序能力的对策当时表明工序能力充分，这时就需要控制工序的稳定性，以保持工序能力不发生显著变化．如果认为工序能力过大时，就对标准要求和工艺条件加以分析，一方面可以降低要求，以避免设备精度的浪费；另一方面也可以考虑修订标准，提高产品质量水平．当工序能力处于之间时，表明工序能力基本满足要求，但不充分．当值很接近１时，则会产生超差的危险，应采取措施加强对工序控制．当工序能力小于１时，表明工序能力不足，不能满足标准的需要．应采取改埋措施，改变工艺条件，修订标准，或严格进行全数检查等．32提高工序能力指数的途径在实际的工序能力调查中，工序能力分布中心与标准中心完全重合的情况是很少的，大多数情况下都存在一定量的偏差，所以工序能力分析时，计算的工序能力指数一般都是修正工序能力指数．从修正工序能力指数的计算公式Ｃpk=(T—2ε）／６σ中看出，式中有三个影响工序能力指数的变量，即质量标准Ｔ，绝对偏移量和工序质量特性分布的标准差．那么要提高工序能力指数就有三个途径：即减小偏移量，降低标准差和扩大精度范围１、调整工序加工的分布中心减少偏移量。２、提高工序能力，减少分散程度。人、机、物、法、环境五个因素３、修订标准范围——必须以切实不影响产品质量，不影响用户效果为依据33工序能力调查工序能力的调查首先要从收集数据开始，并从频数分布表、直方图以及工序能力图、控制图等作为依据来判断工序是否处于稳定状态。工序能力目的——改善工序能力，提高产品质量工序能力调查的基本方法是用直方图。根据收集来的数据画出直方图后，把工序质量标准Ｔ与直方图的宽度，即质量特性分布范围进行比较，大致地分析工序能力是否满足质量标准的要求。34质量的四个等级废品率５％废品率３.1％废品率１.5%废品率0.8%返工率３％返工率２.7%返工率1.7%返工率0.8%Cpk1.33Cpk1.67Cpk=2.0一级检查二级保证三级预防四级完美检查保证质量几乎没有质量意识及专门知识提高工艺稳定开发阶段工艺能力面向直接客户工人开始参与以及可否生产性产品质量优越供