五大工具之SPC–统计控制.pdf

1SPCSPC统计统计过程控制过程控制StatisticalProcessControl-汽车行业五大工具汽车行业五大工具之之SPCSPC-SPC导出质量体系关注改进和预防合理的过程控制可以实现改进和预防过程是把输入转化成输出的相互关联和相互作用的活动过程涉及到我们业务的各个方面什么是过程能产生输出(一种给定的产品或服务)的人、设备、材料、方法和环境的组合。过程可涉及到我们业务的各个方面。管理过程的有力工具即为统计过程控制。什么是过程控制过程控制是为了确保满足顾客的要求而对过程所执行的一套程序和经过策划的措施。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-基于所收集信息而对过程进行的调整什么是统计过程控制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。-有反馈的过程控制系统模型过程的呼声人设备材料方法产品或环境服务输入过程系统输出顾客的呼声我们工作我们工作的方式的方式资资源的融合源的融合统计方法统计方法顾客顾客识别不断变化的识别不断变化的需求量和期望需求量和期望过程的状态的衡量过程控制:操作员培训、变换材料设备修理人员沟通改变车间温度、湿度输出控制:返修、返工、特采退步放行、降级、报废变差及其产生原因1)产品的特性具有变异性没有两件产品是完全相同的任何过程都存在许多引起变差的原因机加工轴直径的变差源哪些是长期影响哪些是短期影响2)产品质量的变异具有统计规律性利用统计技术来进行正确的推定和预测根据推定和预测采取正确的行动-真正实现预防性管理范围范围范围范围范围范围范围范围过程变差：过程变差：每件产品的尺寸与别的产品都不同每件产品的尺寸与别的产品都不同范围范围范围范围范围范围过程变差：过程变差：但它们形成一个模型，若稳定，可以描述为但它们形成一个模型，若稳定，可以描述为一个分布一个分布过程变差：过程变差：分布可以通过以下因素来加以区分分布可以通过以下因素来加以区分范围范围范围范围范围范围或这些因素的组合或这些因素的组合位置位置分布宽度分布宽度形状形状标准差(StandardDeviation)过程输出的分布宽度的分布宽度的量度。正态分布与几率正态分布与几率范围范围百分比百分比168.26%295.44%399.73%普通原因和特殊原因普通原因和特殊原因普通原因普通原因持续得影响过程持续得影响过程是具有稳定的、随时间可重是具有稳定的、随时间可重复分布的诸多过程变化根源复分布的诸多过程变化根源影响过程输出的所有单值影响过程输出的所有单值处于统计控制状态的稳定系统处于统计控制状态的稳定系统(受控受控)过程的输出是可预测的过程的输出是可预测的过程固有的、始终存在过程固有的、始终存在例如：机床开动时的轻微振动、机器部件的正常间隙、轴承自例如：机床开动时的轻微振动、机器部件的正常间隙、轴承自然磨损等。然磨损等。特殊原因特殊原因指并不永远作用于过程而指并不永远作用于过程而引起变化的任何因素引起变化的任何因素间断的间断的如果存在特殊原因，过程输出随时间进程如果存在特殊原因，过程输出随时间进程将不是稳定的将不是稳定的(不受控不受控)异因则非过程固有，有时存在，有时不存异因则非过程固有，有时存在，有时不存在在例如：原材料不均匀、设备未润滑、参数例如：原材料不均匀、设备未润滑、参数设置不正确、人员技术不纯熟等。设置不正确、人员技术不纯熟等。普通原因普通原因特殊原因特殊原因不同原因导致变差的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%的过程问题措施选择不当的后果技术状技术状态满足态满足要求要求受控受控非受控非受控可可接接受受理想状态理想状态过程处于控过程处于控制状态，满足要求的能力是制状态，满足要求的能力是可接受的可接受的过程满足要求可被接受，过程满足要求可被接受，但不受控但不受控.如果特殊原因已确如果特殊原因已确定但难以以经济的方式予以定但难以以经济的方式予以消除消除过程也可能被顾客接受过程也可能被顾客接受不可不可接受接受过程虽然受控，但是由过程虽然受控，但是由普通原因引起的变化过多，普通原因引起的变化过多，必须减少。短期来讲可以通必须减少。短期来讲可以通过过100%100%检查以保护客户检查以保护客户过程既不受控，也不可接过程既不受控，也不可接受，普通和特殊原因引起的受，普通和特殊原因引起的变差都必须被减少。变差都必须被减少。100%100%检检查并采取措施稳定过程查并采取措施稳定过程何时需要采取措施何时需要采取措施何种过程控制和过程能力能接受？何种过程控制和过程能力能接受？两类错误一类错误:没有特殊原因影响但采取了措施(过度控制)二类错误:有特殊原因影响但没有采取措施(控制不足)不可能把错误概率降为零通过控制图可以有效地降低该错误针对计量型数据和计数型数据的不同控制图控制图的主要特征:-合适的刻度-上下控制线-中心线-子组顺序-失控点的识别-事件记录计量型数据控制图与过程有关的控制图与过程有关的控制图计量单位：（计量单位：（mmkg等）等）过程过程人员人员方法方法材料材料环境环境设备设备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（）锡炉温度（C）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。接上页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。均值和极差图（XX-RR）1、收集数据以样本容量恒定的子组形式报告，子组通常包括2-5件连续的产品，并周性期的抽取子组。注：应制定一个收集数据的计划，将其作为收集、记录及描图的依据。1-1选择子组大小，频率和数据1-1-1子组大小：一般为5件连续的产品，仅代表单一刀具冲头过程流等。（注：数据仅代表单一刀具、冲头、模具等生产出来的零件，即一个单一的生产流。）1-1-2子组频率：在适当的时间内收集足够的数据，这样子组才能反映潜在的变化，这些变化原因可能是换班操作人员更换材料批次不同等原因引起。对正在生产的产品进行监测的子组频率可以是每班2次，或一小时一次等。接上页1-1-3子组数：子组越多，变差越有机会出现。一般为25组，首次使用控制图选用35组数据，以便调整。1-2建立控制图及记录原始数据（见下图）烤纸“温度”X-R图记录单位：组立滤纸材质：机油格规范温度：170-175c机器名称：烤炉=均值=UCL=+A2R=LCL=-A2R=173UCL=+A2=175LCL=+A2=170=均值R=4.3UCL=D4=9.09LCL=D3=0编号1234567891011121314151617181920212223242526272829日期时间968:00-9:00969:00-10:009610:-11:009611:00-12:009613:30-14:309614:30-15:309615:30-16:30978:00-9:00979:00-10:009710:00-11:009711:00-12:009713:30-14:309715:30-16:309810:30-11:309813:30-14:309814:30-15:309815:30-16:309118:00-9:009119:00-10:0091110:00-11:0091111:00-12:0091113:30-14:309128:00-9:0091213:30-14:3091214:30-15:3091215:30-16:3091216:30-17:30138:00-9:009139:00-10:00读数1174175175173171172173176171172174176173176174172170175172176171175173169170175175175174读数2175176177174170174170175172173173174172174175172169174173175173174172171169173176173175读数3174175176175172173169173173174170172170171176173171172175174173175170173171170174171175读数4173174174176174172171170174176171169171170174174172170176173174173171174172169172169174读数5173173172175175173172169175175172170173171171175173171174170175172172175173171170170173读数之和读数数量R=最大值-最小值23535247444736534546433646662应记录人员、材料、环境、方法、机器或测量系统的任何变化，当控制图上出现信号时，这些记录将有助于采取纠正措施.日期时间172173172174172171174173174172173171172174172172172174173A2=0.577D3=0.000D4=2.115172175172备注日期时间备注174175175173171173174XXCRXXRRX图171172173174175112233445566778899101011111212131314141515161617171818191920202121222223232424252526262727282829293030系列系列1系列系列2R图048112233445566778899101011111212131314141515161617171818191920202121222223232424252526262727282829293030系列系列1RR1-3、计算每个子组的均值（X）和极差R对每个子组计算：X=（X1+X2+Xn）nR=Xmax-Xmin式中：X1，X2为子组内的每个测量值。n表示子组的样本容量1-4、选择控制图的刻度4-1两个控制图的纵坐标分别用于X和R的测量值。4-2刻度选择：接上页对于X图，坐标上的刻度值的最大值与最小值的差应至少为子组均值（X）的最大值与最小值的差的2倍，对于R图坐标上的刻度值的最大值与最小值的差应为初始阶段所遇到的最大极差（R）的2倍。注：一个有用的建议是将R图的刻度值设置为X图刻度值的2倍。（例如：平均值图上1个刻度代表0.01英寸，则在极差图上1个刻度代表0.02英寸）1-5、将均值和极差画到控制图上5-1X图和R图上的点描好后及时用直线联接，浏览各点是否合理，有无很高或很低的点，并检查计算及画图是否正确。5-2确保所画的X和R点在纵向是对应的。注：对于还没有计算控制限的初期操作的控制图上应清楚地注明“初始研究”字样。2计算控制限首先计算极差的控制限，再计算均值的控制限。2-1计算平均极差（R）及过程均值（X）R=（R1+R2+Rk）k（K表示子组数量）X=（X1+X2+Xk）k2-2计算控制限计算控制限是为了显示仅存在变差的普通原因时子组的均值和极差的变化和范围。控制限是由子组的样本容量以及反映在极差上的子组内的变差的量来决定的。计算公式：UCLx=X+A2RUCLR=D4RLCLx=X-A2RLCLR=D3RJiangsuTVProductServiceLtd.TUVSDGroupChoosecertainty-Addvalue.Choosecertainty-Addvalue.Choosecertainty.Addvalue.value.接上页注：式中A2D3D4为常系数，决定于子组样本容量。其系数值见下表：n2345678910D43.272.572.282.112.001.921.861.821.78D30.080.140.180.22A21.881.020.730.580.480.420.340.340.31注：注：对于样本容量小于对于样本容量小于7的情况，的情况，LCLR可能技术上为一个负值。在这可能技术上为一个负值。在这种情况下没有下控制限，这意味着对于一个样本数为种情况下没有下控制限，这意味着对于一个样本数为6的子组，的子组，6个个“同样的”测量结果是可能成立的。“同样的”测量结果是可能成立的。控制图：-收集数据-建立控制图-登录数据-计算数据-建立控制限-分析R图，找出失控点，分析特殊原因，采取措施，重新计算控制限，分析R图，找出失控点，分析特殊原因，采取措施，重新计算控制限-更新Xbar图-分析Xbar图，找出失控点，分析特殊原因，采取措施，重新计算控制限控制限的沿用和更新（子组容量的变更）控制图失控的特征：超出极差上控制限的点说明存在下列情况中的一种或几种：控制限计算错误或描点时描错；零件间的变化性或分布的宽度已经增大（即变坏），增大可以发生在某个时间点上，也可能是整个趋势的一部分；测量系统变化（例如，不同的检验员或量具）；测量系统没有适当的分辨力。有一点位于控制限之下，说明存在下列情况的一种或几种：控制限或描点错误；分布的宽度变小（即变好）；测量系统已改变（包括数据编辑或变换）特殊原因识别规则的汇总一个点远离中心线超过三个标准差连续点位于中心线的一侧连续点上升或下降连续点交替上下变化个点之中的点距中心线的距离超过个标准差（同一侧）outof3point2standarddeviationsfromcenterline(sameside)个点之中的的点距中心线的距离超过个标准差（同一侧）4outof5point1standarddeviationsfromcenterline(sameside)连续个点排列在中心线个标准差的范围内（两侧）连续个点距中心线的距离大于个标准差（两侧)判定规则的说明1)1、2、3、4可由点绘人员作例行检定用。2)为提早得到警告，5、6两项检定可用来强化前面四个检定规则。3)检定规则7、8是判断分层用的；检定规则8是显示在一段时间内样组来自一个来源、另一段时间内来自另一个来源。4)如点恰落于线上，则采严格的态度判定。识别并标注特殊原因对于极差数据内每个特殊原因进行标注，为了将生产的不合格输出减到最小以及获得诊断用的新证据，及时分析问题是很重要的。在识别变差的特殊原因方面过程事件日志可能也是一个有用的信息源.过程能力过程满足顾客要求的能力-过程的对中性-过程的变化性-技术规范限值內變差只考慮到固定變差或組單邊規格下規格界限單邊規格上規格界限雙邊規格2)(3)(3)(6dRLSLXCXUSLCLSLUSLCppp计算过程偏差计算过程偏差CCPP双边规格双边规格单边规格上规格界限单边规格上规格界限单边规格下规格界限单边规格下规格界限233)min(dRSxCxSCCCClplupuplpupk计算过程能力指标计算过程能力指标CCPKPK11、进行过程能力分析，须满足以下条件下方可：、进行过程能力分析，须满足以下条件下方可：过程在统计稳定状态；过程在统计稳定状态；过程呈正态分布；过程呈正态分布；产品之规范值满足客户之要求产品之规范值满足客户之要求22过程固有变差（普通变差）过程固有变差（普通变差）仅由普通原因产生的部仅由普通原因产生的部分过程变差。如分过程变差。如或或过程总变差过程总变差普通变差普通变差+特殊变差特殊变差2dRACSSninXXS12113、为稳定过程的能力指数2233mindRdRXUSL，LSLXCPK为过程性能指数SXUSL，LSLXPpkS33min4、26dRLSLUSLCpSLSLUSLPp6分析控制图分析控制图判断是否受控判断是否受控(即稳定即稳定)进行分析进行分析剔除特殊原因剔除特殊原因3.6.2分析过程能力分析过程能力最关键最容易最关键最容易被忽视的一步被忽视的一步判断能力是否足够判断能力是否足够过程控制过程控制进行分析进行分析减少普通原因减少普通原因NYNY评价过程能力评价过程能力CpCp与与CpkCpkPpPp与与PpkPpkCpkCpk与与PpkPpk提高过程能力提高过程能力为了提高过程能力，必须重视减少普通原因。为了提高过程能力，必须重视减少普通原因。例如：例如：机器性能、输入材料的一致性、过程操作的基本方法、培训方法机器性能、输入材料的一致性、过程操作的基本方法、培训方法或工作环境。一般来说，纠正这些造成不可接受的过程能力的系或工作环境。一般来说，纠正这些造成不可接受的过程能力的系统原因可能会超出操作者或者他们的现场管理人员的能力。相反，统原因可能会超出操作者或者他们的现场管理人员的能力。相反，需要采取管理层介入做一些基本的变化、分配资源、并为改进过需要采取管理层介入做一些基本的变化、分配资源、并为改进过程的整个性能进行协调，用短期的局部措施来纠正系统是不会成程的整个性能进行协调，用短期的局部措施来纠正系统是不会成功的。功的。对修改的过程绘制控制图并分析对修改的过程绘制控制图并分析对过程已采取了系统的措施后，其效果应在控制对过程已采取了系统的措施后，其效果应在控制图上表现出来，控制图更成了验证措施是否有效的图上表现出来，控制图更成了验证措施是否有效的一种方式。一种方式。在对过程实施改变时，应仔细的监视控制图。在对过程实施改变时，应仔细的监视控制图。XR控制实例：控制实例：某工厂生产车间某工厂生产车间工序：弯曲夹片工序：弯曲夹片特性：间隙特性：间隙、尺寸尺寸“A”工程规范工程规范:0.500.90mm样本容量样本容量频率：频率：5件件2h收集数据时间：收集数据时间：3月月8日日3月月16日日，共收集到共收集到25个子组个子组日期12345XR将计算后的各子组的均值X、极差R填入数据栏中：计算控制限：R=（0.20+0.20+0.10）25=0.178X=(0.7+0.77+0.66)25=0.716UCLR=D4R=2.110.178=0.376UCLR=D3R(n=57无下限UCLX=X+A2R=0.716+0.580.178=0.819LCLX=X-A2R=0.613在控制图上画出均值和极差的上、下控制限线（虚线）。分析极差图上的数据点：在极差控制图上发现，3月10日12点，查明因有对设备不熟悉的人员操作，该点超出控制限，排除该点后，重新计算控制限。重新计算控制限：（去除3月10日12点一个子组后，存24个子组）R=4.0524=0.169X=17.1524=0.715UCL=2.110.169=0.357UCLX=0.715+0.580.169=0.813LCLX=0.715-0.580.169=0.617分析均值图上的数据点：发现从3月12日10点起，因使用了不合规范的原材料，其后8个子组被排除（这一阶段在低的过程均值下受控，但连续7点在平均值一侧），至此，只存下16个子组。排除了与极差和均值有关的可解释和可纠正的问题，过程看来是统计受控的。重新计算控制限：X=（0.70+0.77+0.76）16=0.738UCLx=0.738+（0.580.169）=0.836LCLx=0.738-（0.580.169）=0.640计算过程能力和能力指数并作评价:在本例中:X=0.738USL=0.900LSL=0.500R=0.169=Rd2=0.1692.33=0.0725计算能力指数:Cpk=Zmin3=2.2330.74（接受准则要求Cpk1.33）或Cpk=（Cpu=USL-X或CpL=X-LSL的较小值）33在不考虑过程有无偏倚时:Cp=USL-LSL=0.900-0.500=0.92660.0725如果本例是过程性能研究则计算Pp