5.第5章工序(过程)能力分析

1第五章工序(过程)能力分析§5.1质量波动§5.2基本概念§5.3过程能力指数的计算§5.4过程能力的评价与处置§5.5过程能力调查2§5.1质量波动一、质量波动及其原因二、质量波动的统计规律三、工序（过程）质量的两种状态四、工序（过程）控制的基本要求五、工序（过程）控制的基本过程3一、质量波动及其原因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）4质量波动及其原因从引起质量波动的原因的性质来看，可分为：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。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。5质量波动及其原因偶然性波动系统性波动偶然性波动系统性波动转化相对的6质量波动及其原因操作者材料机器设备工艺方法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”测试手段环境条件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7二、质量波动的统计规律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性。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质量特性值进行随机抽样，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。8三、工序质量的两种状态生产过程中，工序质量有两种状态：受控状态Incontrol失控状态Outofcontrol91.生产过程的受控状态μ0X(X)σ0上控制界限UCL下控制界限LCLt时间质量特性值102.生产过程的失控状态μ≠μ0，σ=σ0，μ保持稳定。这时，从表面看，过程状态是稳定的，但由于质量特性或其统计量的分布集中位置（μ）已偏离控制中心（μ0），黑点越出控制界限某侧的可能性变大。μ1X(X)σ0上控制界限UCL下控制界限LCLtμ0时间质量特性值11生产过程的失控状态μ=μ0，σ≠σ0，σ保持稳定。这时，由于质量特性或其统计量的分布分散程度（σ）变大，导致黑点越出控制限两侧的可能性变大。μ0X(X)σ0上控制界限UCL下控制界限LCLt时间质量特性值12生产过程的失控状态μ≠μ0，σ≠σ0，μ和σ都保持稳定。这时，失控状态更复杂，失控程度可能更严重。13生产过程的失控状态μ和σ中至少有一个不稳定，随时间变化。下图表示分布集中位置μ不断增大时的工序质量失控状态。X(X)上控制界限UCL下控制界限LCLt时间质量特性值14四、工序控制的基本要求一旦发现工序质量失控，就应立即查明原因，采取措施，使生产过程尽快恢复受控状态，尽可能减少因过程失控所造成的质量损失。如某厂的“5110”工程是指：在质量检验过程中，5个1检验，不能有1个不合格品，若有1个不合格，就需追查到前5个产品是否都合格。15五、工序控制的基本过程发现反馈纠正分析工序控制方法16§5.2基本概念在产品制造过程中，工序是保证产品质量的最基本环节。所谓工序能力分析，就是考虑工序的设备、工艺、人的操作、材料、测量工具与方法以及环境对工序质量指标要求的适合程度。工序能力分析是质量管理的一项重要的技术基础工作。它有助于掌握各道工序的质量保证能力，为产品设计、工艺、工装设计、设备的维修、调整、更新、改造提供必要的资料和依据。一过程能力二过程能力指数17一过程能力1概念：所谓过程能力，是指处于稳定、标准状态下，工序的实际加工能力。●工序处于稳定状态，是指工序的分布状态不随时间的变化而变化，或称工序处于受控状态；●工序处于标准状态，是指设备、材料、工艺、环境、测量●工序的实际加工能力是指工序质量特性的分散(或波动)有多大。加工能力强或弱的区分关键是质量特性的分布范围大小，或集中程度。由于均方差σ是描述随机变量分散的数字特征，而且，当产品质量特性服从正态分布N(μ，σ2)时，以3σ原则确定其分布范围(μ±3σ)，处于该范围外的产品仅占产品总数的0.27%，因此，人们常以6σ描述工序的实际加工能力。实践证明：用这样的分散范围表示过程能力既能保证产品的质量要求，又能具有较好的经济性。18注意：过程能力与生产能力不同过程能力是衡量过程加工质量内在一致性的量值。生产能力则是指工序加工最大数量的能力。192表达式：B=6σ或B≈6S3影响因素：(1)人——与工序直接有关的操作人员、辅助人员的质量意识和(2)设备——包括设备的精度、工装的精度及其合理性、刀具参(3)材料——包括原材料、半成品、外协件的质量及其适用性；(4)工艺——(5)测具——(6)环境——生产环境及劳动条件的适应性。204过程能力分类：短期过程能力和长期过程能力短期过程能力：仅由偶因引起的变异所形成的过程能力，既是指过程处于稳定的过程能力，反映短期变异。此变异可由控制图的有关参数估计：SCSSdRSTST42ˆˆ或21长期过程能力：是指由偶因和异因之和引起的总变异所形成的过程能力，反映长期变异，也称实绩变异S。此变异可由控制图的有关参数估计：21)(11ˆniilLTxxnS22二过程能力指数1概念：过程能力指数是衡量过程能力对产品规格要求满足程度的数量值，记为Cp。通常以规格范围T与工序能力B的比值来表示。即：T=规格上限TU-规格下限TL。2过程能力与过程能力指数的区别：6TCp232过程能力与过程能力指数的区别：过程能力是工序具有的实际加工能力，而过程能力指数是指过程能力对规格要求满足的程度，这是两个完全不同的概念。过程能力强并不等于对规格要求的满足程度高，相反，过程能力弱并不等于对规格要求的满足程度低。当质量特性服从正态分布，而且其分布中心与规格中心Tm重合时，一定的过程能力指数将与一定的不合格品率相对应。因此，过程能力指数越大，说明过程能力的贮备越充足，质量保证能力越强，潜力越大，不合格品率越低。但这并不意味着加工精度和技术水平越高。x24§5.3过程能力指数的计算一计量值1双侧规格界限（1）无偏（2）有偏2单侧规格界限（1）仅给出规格上限TU（2）仅给出规格上限TL二计数值1计件值2计点值三SCAT（快速简易判断）法251计量值双侧规格界限双侧规格界限是指既具有规格上限(TU)要求，又有规格下限(TL)要求的情况(1)无偏——规格中心与分布中心重合●计算公式：)]ˆ()ˆ([1STLSTUxTxTpΦΦ)]ˆˆ3()ˆˆ3([1STpSTSTpSTxCxxCxpΦΦ)]3()3([1ppCCΦΦ)3(2)]3()3(1[1pppCCCΦΦΦP1P2TLTUTmf（x）σμT●例1pSTmLpSTmUpSTCxTTTCxTTTCTˆ32ˆ32ˆ6因此有STpTCˆ6由式:②根据工序能力指数Cp计算。●工序不合格品率p的估计：xmTxmTSTTTTTCLUSTLUp6ˆ66①直接根据规格上、下限TU、TL以及工序分布的数字特征，估计和进行计算xSSTˆ26例1根据某工序加工零件的测试数据计算得出，=6.5,S=0.0055，规格要求为。试求该工序的过程能力指数及不良品率。015.0015.05.6006394.0003197.02)727.2(2Φ解：∵5.6mTx)909.03(2)3(2ΦΦpCp909.00055.06030.06STCp∴x27当k≥１，即e≥T/2时，规定Cpk=0(图中，曲线2)(2)有偏——规格中心与分布中心不重合有偏时工序能力指数与不合格品率xF(x)e1eμTLTUP1P2TmT计量值—双侧规格界限②采用“用Cp和k值估计不合格品率”●不合格品率估计：●讨论SeTSTeTSTCpk62626或STkCkCppk6)1()1(工序能力指数：)(21)(212LULUTTxTTTek偏移系数：)]()([1SxTSxTpLU①xTem●计算公式：(图中曲线1)绝对偏移量：))}1(3())1(3({2KCKCpppΦΦxmTmTx28当位于公差界限之外时，。此时，，则。此时的Cpk为“0”当u0xMCpCpk恰好位于公差中心时，从而K=0，则，这是“无偏”的情况，即理想状态。当u恰好位于公差上限或下限时，2TxM从而K=1；u1K0Cpk0PKC即：2TxM0Cpk0Cpk当时，工序加工过程中的不合格品率大于或等于50%。对不合格品率这样大的工序，已远远不能满足加工的质量要求，故认为此时的工序能力指数为“0”。因此时此公式使用合理.P●讨论10K29例2x测试一批零件外径尺寸的平均值=19.0101，S=0.0143，规格要求为，试计算过程能力指数并估计不合格品率。04.003.0190101.19005.19204.19xTTTTLUmU解：由题意：07.0T97.18LT0143.00101.1997.180145.00101.1904.191p%1.2021.0)804.2()093.2(1或由CpK=0.816，k=0.145查下表得不良品率估计约为2.1%～2.3%7.0816.0)145.01()1(816.00143.0607.0145.0207.00101.19005.1970.00143.060051.0207.0620051.00101.19005.19ppkppkmCkCCkSeTCxTe计算Cpk不合格品率计算：x302计量值——单侧规格界限(1)仅给出规格上限TUSxTTCUUpU3311.124.032.7071pUC%04.010342.44)33.3()11.13(ΦΦUpμf（x）TUUTσx●计算公式：)3(pUCpΦ•不合格品率估计：解：不合格品率：当TU≤时，p≥50%，则规定CpU＝0x例某零件质量要求加工后不得大于71g，测试部分数据后得＝70.2g，S＝0.24g，试计算过程能力指数CpU及不合格品率pU。x31计量值—单侧规格界限(2)仅给出规格下限TL67.0137173pLC)67.03(Φp%2.20222.0)2(Φμf（x）TLσxμ-TLSTxTCLLpL33●计算公式：)3(pCpΦ●不合格率估计：当TL≥时，p50%，则规定Cp＝0x●例3要求零件淬火后的硬度≥HRC71，实测数据后计算得＝HRC73；S＝1，试计算过程能力指数Cp及不良品率p。解：不良品率：x32计数值—(1)取k个样本，每个样本的样本容量分别为n1，n2，…，nk，每个样本中的不合格品数为d1，d2，…，dk。kiikiindp11knnkii1nppppCUp)1(3(3)计算过程能力指数Cp(2)计算平均不合格品率及平均样本量计算公式以不合格品率上限pU作为规格要求：33●例1某产品规格要求pU＝0.1，现取5个样本，n1＝n2＝…＝n5＝100,各样本中不合格品数为：d1＝7，d2＝5，