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质量管理体系五种核心工具培训教材（四）SPC统计过程控制StatisticalProcessControl上海伟众汽车科技有限公司2目录一、持续改进及统计过程控制概述---------------3二、控制图的分类-------------------------11三、计量型数据控制图------------------------123统计过程控制（SPC）SPC，即统计过程控制，是一套从生产过程中，定期抽取样本，测量各样本的质量特性值，然后将测得的数据加以统计分析，判断过程是否处于稳定受控状态，从中发现过程异常原因(特殊原因)，从而及时采取有效对策，使过程恢复到正常稳定受控状态。本教材所述的基本统计方法包括与统计过程控制及过程能力分析有关的方法。主要介绍了用来分析及监控过程非常有效的工具——控制图。一、持续改进及统计过程控制概述㈠预防与检测㈡过程控制系统㈢变差的普通原因及特殊原因㈣局部措施和对系统采取措施㈤过程控制和过程能力㈥过程改进循环及过程控制㈦控制图——过程控制的工具㈧控制图的益处1．预防与检测检测——容忍浪费在生产部门，通过检查最终产品并剔除不合格产品。不合格的总是不合格。在管理部门，经常靠检查或重新检查工作来找出错误这实质上是“死后验尸”，造成时间和材料等的浪费预防——避免浪费通过对生产过程的监视和控制，第一步就可以避免生产无用的输出，是避免浪费的有效方法。当今，汽车制造商、供方及销售商采用有效的预防措施，持续不断改进，提供内、外部顾客满意的产品和服务作为主要目标。2．过程控制系统什么是过程？过程指的是共同作用以产生输出的供方、生产者、人、设备、输入材料、方法和环境以及使用输出的顾客之集合。4有反馈的过程控制系统模型过程的声音人▲机▲料▲产品或服务法▲环▲▲▲▲输入过程/系统输出顾客的声音什么是过程控制？过程控制是为了确保满足内、外部顾客的要求而对过程执行的一套程序和经策划的措施。这些程序和措施包括：▲经过策划的用以收集有关输入和输出信息的检验和监控。——有关性能的信息：通过分析过程输出可以获得许多与过程实际性能有关的信息。最有用的信息是以研究过程本身以及其内在的变化性中得到的。——过程特性(如温度、循环时间、进给速率、缺勤、周转时间、延迟以及中止的次数等)是我们关心的重点。——确定特性的目标值，监测与目标值距离，判断过程是否正常。▲基于所收集的信息而对过程采取措施。——对过程采取措施，使重要特性(过程或输出)接近目标值，保持过程输出变差在可接受的界限内。——采取措施包括：改变操作(操作者培训、变换输入材料)或改变过程本身更基本的因素(如：修复设备、人的交流和关系如何，或整个过程的设计——改变车间的温度和湿度等)或更改产品规范等。——应监测措施效果。——对输出采取措施：即对输出的不符合规范的产品进行检测、分类(合格、报废、返工)。如果不分析过程中的根本原因，不对过程采取校正措施或验证，这是时间和材料的极大浪费。一个过程控制系统可以称为一个反馈系统。统计过程控制(SPC)就是一类反馈系统。在这个系统中，通过我们使用统计方法，收集有关过程性能的信息，让我们了解到过程正在做什么，离目标值是近还是远，要对过程采取什么样的措施。同时，通过统计方法顾客我们工作的方式/资源的融合识别不断变化的需求和期望5与内、外部顾客的沟通，识别顾客不断变化的需求和期望的信息，进而对过程采取措施，以满足顾客的要求。3．变差的普通原因及和特殊原因变差的概念：没有两件产品或特性是完全相同的，也许差距很大，也许小得无法测量，但差距总是存在。任何过程都存在许多引起变差的原因。如：机加工一根轴的直径，影响直径变差的原因有：◆机床(间隙、轴承磨损)◆刀具(强度、磨损率)◆材料(直径、硬度)◆操作者(进给速率、对中准确度)◆维修(润滑、易损零件的更换)◆环境(温度、湿度、动力供应是否恒定)造成变差的原因有短期的影响和长期的影响。△造成短期影响的因素，例如：机器及其固定装置间的游隙和间隙△造成长期影响的因素，例如：机器和刀具的逐渐正常磨损、规程发生有关规则的变化、车间动力或环境温度不规则变化。因此，测量周期以及测量时的条件将会影响存在的变差总量。简单化的处理变差：位于规定的公差范围内的零件是合格的，可接受的。位于规定的公差范围外的零件是不合格的，是不可接受的。一组测量值的分布特性：有名的茄尔顿（galton）板钉实验分布宽度形状分布中心球落入数量的分布曲线一组测量值趋于形成一个分布图形，尽管单个测量值各不相同。分布特性：·位置(测量值分布中心)·分布宽度(从最小值到最大值的距离)·形状(变差的模式——是否对称偏斜率等)6每件产品的尺寸都与别的不同范围范围范围当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位置分布宽度形状分布可以通过以下因素来区分范围范围范围变差的普通原因普通原因指的是造成随着时间的推移具有稳定的且可重复的分布过程中的许多变差的原因；过程处于统计受控状态；一个稳定系统的偶然原因(即随机原因)；过程的输出是可以预测的；分布位置、分布宽度、分布形状不变化；只有普通原因作用时，过程受控，可计算能力或性能指数。变差的特殊原因特殊原因(通常也可查明原因)指的是造成不是始终作用于过程的变差原因；造成(整个过程)分布改变，过程不受控；随着时间发展，过程的输出不稳定，不可预测；是一个系统的非随机原因；有特殊原因作用时，过程不稳定，不受控、不可计算过程能力或性能指数(计算毫无意义)。4．局部措施和对系统采取措施局部措施简单的统计过程控制技术能检查变差的特殊原因；局部措施通常用来消除变差的特殊原因，如：调整机器；7发现变差的特殊原因并采取适当的措施，通常是与该过程的操作直接有关人员的责任；局部措施可纠正约15%的过程变差；局部措施生效后，可恢复过程稳定受控，这时可计算过程能力或性能指数。对系统采取措简单的统计过程控制技术能指明变差普通原因的范围；采取系统措施来消除变差的普通原因；一般由管理人员对系统采取措施，如：选择提供一致输入材料的供方；对系统采取措施，可纠正约85%的过程变差；对系统采取措施，消除普通原因，可提高过程能力。过程能力规范下限规范上限受控且有能力符合规范（普通原因造成的变差已减少）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）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）5．过程控制和过程能力8过程控制系统的目标是对影响过程的措施作出经济合理的决定。——平衡不需控制时采取了措施（过度控制/频繁调整机床或擅自改变）——不平衡需要控制时未采取措施（控制不足）统计受控状态，只存在造成过程变差的普通原因，一组测量值的分布位置、分布宽度、形状随时间推移不改变。过程控制系统的作用。当出现变差的特殊原因时，提供统计信号；当不存在特殊原因时避免提供错误信息。过程能力·过程能力由造成变差的普通原因来确定，代表过程本身的最佳性能(例如：分布宽度最小)，而并不表示过程分布的位置和/或宽度是否符合规范的要求；·内、外部顾客更关心过程的输出是否符合规范要求，并不关心过程变差如何；·只要过程保持统计受控状态，且其分布的位置、分布宽度、形状不变化，就可以继续生产相同分布的符合规范的产品；·如果过程分布宽度是不可接受的，就应对系统采取措施，改进过程能力，减小分布宽度，使输出始终符合规范。根据过程能力和过程是否受控，过程可分为四类：满足要求状况控制状态受控不受控可接受I类：过程受统计控制过程能力满足要求I类过程最好III类：存在特殊原因过程不受控，过程能力能满足要求不可接受II类：过程受统计控制、由普通原因造成过大变差、过程能力不满足要求IV类：过程不受控过程分布宽度不可接受IV类过程最差过程能力指数CpCpkPpPpkCmCmk·过程被证明处于统计控制状态后，方可计算过程能力(有特殊原因作用时，使过程能力预测失效)。9·能力指数是产品规范与统计分布宽度之比计算得到的·Pp、Ppk是短期的能力指数，也称性能指数。常用于初始过程能力研究，是以从一个操作循环中获取的测量为基础的。这种研究常用于验证由顾客提出的过程中生产出来的首批产品·Cm、Cmk是机器能力指数。是用来验证一个新的或经过修改的过程的实际性能是否符合工程参数。·Cp、Cpk是长期的能力指数。是通过很长一段时间内进行的测量，应在足够长的时间内收集数据(可以包括短期研究时没有观察到的变差原因)，将数据画在控制图上，如未发现变差特殊原因，便可计算长期的能力指数。6．过程改进循环及过程控制持续改进过程循环的三个阶段第一阶段：第二阶段：分析过程计划实施维护过程措施研究第三阶段：改进过程措施研究三个阶段应考虑的问题1）．分析过程：·本过程应该做什么？——本过程会有哪些变化？——已知道本过程什么变差？——哪些参数受变差影响大？·本过程正在做什么？——是否在生产废品或需返工？——过程是否统计受控？——过程能力是否满足要求？——过程是否可靠稳定？102）．维护过程·过程是动态变化的；·必须监控过程性能；·通过控制图，查找影响变差的特殊原因；·采取措施，使过程稳定受控。3）．改进过程：·减小变差，改进过程；·对系统采取措施，减小普通原因对变差的影响。为了不断改进过程，必须重复以上三个阶段。当新的过程参数确定后，这种循环又回转到分析过程。通过操作受统计控制的过程来减少变差，并且不断地分析过程的变化。过程便不断地围绕过程改进循环运转。7．控制图是过程控制的工具制作和使用控制图的基本步骤：1）收集：◇按计划收集数据；◇将被研究的特性(过程或产品)的数据收集后转换成可以画到控制图上的形式（如：平均值X、极差R、不合格品率P、不合格品数np等）。2）控制：◇利用数据计算试验控制限；◇将数据与控制限相比较，识别变差特殊原因；◇采取措施(一般是局部措施)，使过程受控；◇进一步收集数据，必要时重新计算控制限；◇继续识别特殊原因并采取措施。3）分析及改进：◇特殊原因消除后，过程统计受控，此时可计算过程能力；◇因普通原因造成变差过大，过程输出(产品)不能满足规范要求，必须采取管理措施来改进系统重复以上三个阶段，不断地改进过程。8．控制图的益处合理使用控制图能够：·供正在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地、可预测地保持下去；·使过程达到：——更高的质量11——更低的单位成本——更高的有效能力·为讨论过程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时决策的指南。二、控制图的种类控制图分类：可分为计量型数据控制图和计数型数据控制图二类计量型数据控制图：·大多数过程和其输出具有可测量的特性，如：长度、重量、时间、强度、硬度、成分、纯度等。·用计量型数据可以分析一个过程的性能，可以量化所作的改进，即使每个单值都在规范界限之内。·计量型控制图可以通过分布宽度（零件间的变异性）和其位置（过程的平均值）来解释数据。计数型数据控制图：·其特性数据是不能连续取值的计数数据，如：不合格品数、不合格品率、缺陷数、疵点、级别等。·由于质量特性是通过一个个计算单位来表示，因此属离散型数据。·收集数据快，花费小，且使用简单量具（如：量规、目视），通常不需要专业化的收集技术。控制图的种类：特性数据种类控制图名称控制图符号计量型数据均值和极差图X—R图均值和标准差图X—S图中位数和极差图X—R图单值和移动极差图X—RS图计数值数据不合格品率图P图不合格品数图nP图不合格数(缺陷数)图C图单位产品不合格数图(单位缺陷数图)U图12控制图的选用程序否否是是是否否是是否否是否是不是是否是注：本图假设测量系统已经过评价并且是适用的三、计量型数据控制图1．均值和极差图（X-R图）在使用X-R图前，必须做的准备：建立适合于实施的环境：没有一个可靠环境，任何统计方法都会失效。管理者必须提供资源（人力和物力）支持改进措施。定义过程：应根据有反馈的过程控制系统来理解过程。确定作图的（待管理）特性：顾客的需求（顾客呼声，过程何