（管理科学与工程专业论文）工序能力指数在工序质量控制中的应用研究.pdf

摘要硕士学位论文 摘要 、j 3 8 6 s 7 3 工序能力指数是用来评价工序质量的统计工具。本文围绕三种应用最为 广泛的工序能力指数c d 、c v k 和c p m 进行r 了初步的研究。文中对三个工序能力指 数进行了深入比较，指出c p m 对质薰特性值偏离目标值反应最为灵敏。 针对实际工作中对工序能力指数临界值的误用，文中指出工序能力指数真 值的下限临界值不适用于工序能力指数的估计值，为此分别对c p 、c p k 和c ，。提 出了一种估计置信下限的方法并运用“丢失率”的概念对其进行了评估。 厂 、吖工序能力指数的使用必须满足两个假设：( 1 ) 工序处于统计控制状态；( 2 ) 质量特性服从正态分布。这两个假设在现实中并不总是成立的。鉴于此，文中 指出需要对数据进行正态检验，对非正态数据需要进行正态变换；针对工序受 控假设，文中介绍了如何在系统误差下使用动态工序能力指数和确定报警限， 工序能力指数使用中应该注意的问题，如测量误差的控制、工序能力指数 的内在缺陷、工序能力指数与不合格率之间的关系等也在文中进行了详尽的论 、迹，7 、 关键词：工序能力指数置信下限正态检验刊正态变换动态工序能力 a b s t r a c t1 9 9 8 1 2 a b s t r a c t p r o c e s sc a p a b i l i t yi n d e x ( p c i ) i su s e dt oe v a l u a t ep r o c e s sc a p a b f l i - t y t h ea r t i c l ef o c u s e so nt h em o s tw i d e l yu s e dp c ic p ，c p ka n dc p 。 c o m p a r i s o nb e t w e e nt h e ms h o w st h a tc p 4 i sm o s ts e n s i t i v et o d e p a r t u r e sf r o mt a r g e t t h ea r t i c l ep o i n t so u tt h a tt h eb e n c h m a r ko ft r u ev a l u ed o e s n 7t f i t f o re s t i m a t o ro fp c i t h r e em e t h o d sa r ep r o v i d e df o rc p ，c p ka n dc p m r e s p e c t i v e l y t oe s t i m a t el o w e rc o n f i d e n c el i m i t s ，e v a l u a t e db yt h ed e f i n i t i o no f “m i s sr a t e ” t h e h y p o t h e s i sm u s tb e s a t i s f i e db e f o r ep c ii su s e d ：( 1 ) p r o c e s s i si ns t a t i s t i c a lc o n t r o l ；( 2 ) q u a l i t yc h a r a c t e r i s t i ci sn o r m a l l yd i s t r i b u t - e d s u c hh y p o t h e s i si sn o ta l w a y se f f e c ti n r e a l i t y s ot h ea r t i c l ee m p h a s i z e st h a tn o r m a l i t y t e s ta n dt r a n s f o r m a t i o ns h o u l db ep e r f o r m e d a c c o r d i n gt o t h ef i r s th y p o t h e s i s ，d y n a m i cp c ii si n t r o d u c e dt oa s s e s s i n gp r o c e s sc a p a b i l i t yi n t h ep r e s e n c eo fs y s t e m a t i ca s s i g n a b l ec a u s e s t h e p r o b l e m si n t h ea p p l i c a t i o no fp c i ，s u c ha sc o n t r o lo fm e a s u r e m e n te r r o r ，i n h e r e n td e f e c to fp c i ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np c i a n dn o n c o n f o r m i t yr a t i oa n ds oo na r em e n t i o n e di nt h ea r t i c l e k e y w o r d s ：p r o c e s sc a p a b i h t yi n d e xl o w e rc o n f i d e n c el i m i t n o r m a l i t yt e s t a n dt r a n s f o r m a t i o n d y n a m i cp r o c e s s c a p a b i l i t y 1 绪论1 9 9 8 1 2 1绪论 1 1 工序能力指数的研究发展概况 当今世界，质量管理水平已成为衡量一个国家、一个企业经济竞争力的核 心因素。质量管理从质量检验阶段发展为统计质量管理直至今日的全面质量管 理，制造过程的质量控制始终是质量管理工作的重中之重，而工序能力是评价 制造过程质量的重要指标。 工序能力一般用工序能力指数来表示，工序能力指数目前已成为应用普遍 的统计工具，围绕工序能力指数的研究主要是从以下几方面进行的： 1 1 1标准工序能力指数 所谓标准的工序能力指数是指建立在两个严格假设基础之上的工序能力 指数：( 1 ) 工序处于统计受控状态；( 2 ) 质量特性服从正态分布。这类工序能力指 数主要有c pc p c v 。和q 。t 等，q 是应用最早的工序能力指数，亦称“第一 代”工序能力指数，但它只能在工序无偏的情况下对工序的波动进行反映，之后 产生的c 。 只能在目标值处于规格限中心的情况下才是有效的。鉴于此， t a g u c h i ( 1 9 8 5 年) 和c h a n 、c h e n g 、s p r i n g ( 1 9 8 8 年) 分别独立地提出一个新的 工序能力指数c ，。，c ，。能够在目标值不等于规格限中心的情况下较好地反映 工序能力，c 外与c p 。统称为“第二代”工序能力指数。p e a m 、k o t z 和j o h n s o n 于 1 9 9 2 年提出了“第三代”工序能力指数c p 。i ，g ，。 对质量特性值与目标值的偏 移更为敏感。 1 1 2 工序能力指数置信下限的确定 由于抽样误差的影响，估计的工序能力指数与实际的工序能力指数一般是 1 工序能力指数在工序质量控制中的应用研究硕士学位论文 不等的，所以必须通过估计的工序能力指数确定实际工序能力指数的置信下 限，并与事先制定的下限临界值进行比较，以判定是否需要对工序进行调整。 c h o u 、o w e n 、b o r e g o ( 简称c o b ) ，z h a n g 、s t e n b a c k 、w a r d r o p ( 简称z s w ) ， b i s s e l l ，b o n f e r r i o n i 等人分别提出了c p 、q i 置信下限的估计式，c h a n 、x i o n g 、 z h a n g ( 简称c x z ) ，b o y l e s 等人分别提出了e 。置信下限的估计式。许多应用统 计学家通过模拟运算运用“丢失率”的指标对上述方法进行了评估，认为c o b 法、b i s s e l l 法和b o y l e s 法是比较精确的方法。 1 1 3 对两个假设的修订 标准化的工序能力指数是建立在两个严格假设基础上的，但在现实中质量 特性的非正态分布和工序失控是常见的现象，在这种情况下应用工序能力指数 很可能会得出错误的结论，因此标准化工序能力指数的应用受到了一定限制。 针对正态性假设，一些学者提出了一些不做正态性假设的工序能力指数，如 j o h n s o n 、k o t z 和p e a r 于1 9 9 2 年提出了柔性工序能力指数( f l e x i b l ec a p a b i l i t y i n d e x ) ，p e a r 、k o t z 和如 n 于同年提出了稳健性工序能力指数( r o b u s t c a p a b i l o t yi n d e x ) 。针对工序受控假设，一些学者针对如何在系统误差下应用工 序能力指数进行了研究，如f r e da s p r i n g 提出的动态工序能力指数等。 1 1 4对工序能力指数有效性的争论 由于标准工序能力指数的严格假定导致了实践中的许多误用，美国和日本 的一些企业已放弃使用工序能力指数。许多学者对工序能力指数提出了尖锐的 批评，甚至主张彻底抛弃工序能力指数，g u n t e r 、k i t s k a 、n e l s o n 是其中的代表， 批评的焦点主要是针对工序能力指数的两个严格假设和工序能力指数的内在 缺陷。但也有一部分学者为工序能力指数进行了辩护，以s t e e n b r g h 、k o t z 、 p e a r n 、j o h n s o n 为代表，他们指出可以用适当的方法克服工序能力指数的缺陷， 2 1绪论1 9 9 8 1 2 他们同时指出，工序能力指数的有些缺陷同样适用于其它统计工具，不能为此 而取消工序能力指数。 1 2 本文的任务与工作 本文是针对工序能力指数的应用而进行研究，对工序能力指数应用中遇到 的各种问题进行了讨论，讨论主要是围绕以下几方面展开的。 ( 1 ) 对目前应用最为广泛的c ，、c 计和c ，。三种工序能力指数进行了深入比 较，比较是围绕对质量特性值偏离目标值的敏感度进行的，指出c p 。的可靠性 要高于c ，和c 斗，并根据田i = l 先生质量损失的概念给出了c ，。的另一种表达式。 ( 2 ) 指出了目前实际工作中对工序能力指数临界值的误用，强调实际的工 序能力指数临界值不适用于估计的工序能力指数，而只能通过工序能力指数的 估计值确定置信下限。本文针对c p 、c 一和c ，。分别给出了一种确定置信下限的 方法并进行了完整的推导，其中确定c 。置信下限的方法具有一定的新意。 ( 3 ) 针对工序能力指数的两个假设进行了讨论。正态性假设的讨论中运用 了偏峰度检验法和夏皮罗一威尔克检验法，在正态变换中运用了b o x c o x 变 换。在工序受控假设的讨论中，本文就如何在系统误差下应用动态工序能力指 数进行了分析并给出了原理、推导、案例分析。 ( 4 ) 指出了工序能力指数的误用和应注意的问题。在对测量误差的分析中 采用了仪征化纤公司的案例。在对c “和c p 。内在缺陷的讨论中，提出运用双总 体标准差检验作为运用c 止和c 。进行比较的补充。 工序能力指数在工序质量控制中的应用研究硕士学位论文 2工序质量与工序能力 2 1工序质量的波动性 2 1 1工序质量的含义 不同的行业，工序质量的含义有所不同。一般来说，对于产品( 包括在制品、 半成品、零部件、元器件等) 可以计量的工序，通常指产品质量特性，例如尺寸、 精度、光洁度、硬度、含量、纯度、强度、理化性能等；而对于产品只能计数或最终 才能形成者，通常指工艺质量特性，例如化工产品生产反应装置的温度、压力、 浓度和时间等。像化工一类行业，其工序质量不仅包括工艺质量特性，往往还包 括工作质量指标，如消耗、收率、三废治理和安全等。 工序质量是符合性质量，即产品或工艺质量特性符合设计规范与工艺标准 的程度。这种符合程度的大小，本质上就是工序质量波动性的大小。 2 1 2工序质量的波动规律 工序质量总是有波动的，其波动往往遵循着一定的统计规律，如正态分布、 泊松分布和二项分布等。公差概念的产生意味着承认工序质量波动的不可避 免，又要求必须将其控制在一定的、可以允许的范围之内。 从质量检验的角度出发，工序质量的好坏主要是指产品或工艺合格率的离 低，即相对于检验标准或工艺标准是否合格、是否超差；但是从质量管理的角度 来看，这样做是不够的。工序质量控制的任务不仅是不生产不合格品( 这只是起 码要求) ，更重要的是生产出质量特性值接近于目标值要求且相互间尽可能 致的产品，即尽量生产出质量均一性好、质量波动小的产品。这个任务的完成， 取决于设计和制造两个方面，而在设计已经优化的情况下，主要取决于生产制 造过程中的工序质量。 按照田口玄一的观点，不合格品自然会给社会带来损失，但合格品也会给 4 2 工序质量与工序能力1 9 9 8 1 2 社会带来损失，因为合格品也有质量波动。有质量波动就会给社会带来损失，合 格与否不过是损失大小藤已。因此，朱兰、戴明等质量管理名家一再提出要坚持 不懈地压缩工序质量的波动范围，这就是说尽可能减少质量波动，是工序控制 的对象和目标。 工序质量波动包括产品之闻的波动，即产品的均一性程度；单个产品与规 格给定的目标值之间的波动；工艺质量特性在不同生产线、不同批次、不同时间 的稳定性；以及由于工序质量波动而引起的单个产品在使用过程中的时间变 化、环境变化等。 2 1 3两类不同性质的工序质量波动 根据波动表现的性质和形式，工序质量的波动可以分为两类不同的波动。 波动不同，相应的对策和处理方式也不同。 ( 1 ) 正常波动指由于偶然原因引起的随机误差而造成的波动。例如，即使 在符合规定的工艺条件下，仍会产生原料的微小差异，机床的轻微震动，工人操 作的微小变化，环境( 如温度、湿度、净化度) 的微小变化，这些都会使工序质量 产生波动。但是它们在什么时候发生具有一定的随机性。这种渡动有时称为随 机波动。 ( 2 ) 异常波动又称为系统波动，指由于系统误差而造成的波动。例如，由 于生产制造中有某种异常原因( 像混入了不同规格成分的原材料，设备过度磨 损，夹具的严重松动，操作者更换为未经充分培训的新手，或环境因素的过大变 化等) 的存在， l 起了工序质量的较大波动。 这两类波动的具体区别见表2 1 。 表2 1正常波动与异常波动对比表 l类别发生原因对工序质量影响程度可否避免 消除难易消除费用处理 j 正常波动许多小不可 难 大保持 i 异常波动直一太 可以易小 消除 需要注意的是： ( 1 ) 这两类波动可根据专业技术、管理经验和数理统计方法加以区别。数理 5 工序能力指数在工序质量控制中的应用研究硕士学位论文 统计方法中常用的有控制图、假设检验等。 ( 2 ) 当由控制图等方法证明工序有正常波动或异常波动时，我们可据此对 工序状况作出评价( 表2 2 ) 。 表22不同波动时工序状况评价表 正常波动异常波动 1 当只有正常波动时工序处于最佳运行如果有异常波动，说明该工序不处于最佳 状态；如果在这种情况下仍产生不良品，运行状态 说明该工序必须进行根本改造，或者必 须降低技术规格，以减少不良品 2 如果某一观察值落在随机波动的控制界如果某一观察值落在控制界限之外，通常 限之内，说明该工序不必进行调整说明必须对工序进行调查和调整 3 当只有随机波动时，可以使用抽样程序工序不够稳定，不能运用抽样程序 去预测产品质量，或进行工序优化活动 ( 3 ) 即使工序只有正常波动，仍需密切注意和控制其在一个适度水平，这就 是“保持”的含义。如果任其自流、放松管理，正常波动有可能转化为异常波动。 再者，随着科学技术的发展和人们认识水平的提高，一些正常波动有可能转化 为异常波动。 概括地说。工序质量控制的目的就是要保持正常波动，消除异常波动。 2 1 4工序质量波动的原因分析 所谓工序，包括加工、检验、搬运等工序，是指操作者在一定的环境和工作 地条件下，按规定的工艺方法，借助于一定的生产工具对劳动对象连续进行的 生产活动。因而工序是操作者、工艺方法、设备机器、原材料、环境等因素的组合 的产物。作为工序结果的工序质量必然是以上因素综合作用的产物。由于这些 因素本身都是变量，处于不断变化的过程之中，因而造成了工序质量的波动的 不可避免。下面试对影响工序质量的基本因素作具体分析。 ( 1 ) 操作者( m e n )就操作者来说，影响工序质量的有四大子因素：质量意 识、责任心、技能和身体状况。 ( 2 ) 机器设备( m a c h i n e )尽管各行业各有其不同的工序特点，但使机器设 ，6 2 工序质量与工序能力1 9 9 8 1 2 备处于能生产优质品的良好状态，几乎对所有行业都是十分重要的，应当按照 工序质量的要求，对关键工序的关键设备进行重点维修和预防维修。 ( 3 ) 原材料( m a t e r i a l )它有两层含义，一是投产的原材料、元器件、零部 件必须合格或合用；二是工序转移时，不合格的在制品、半成品和零件不应转入 下道工序，否则不合格品再次加工势必造成更大的浪费。 ( 4 ) 工艺方法( m e t h o d )主要指工艺方法、操作方法和处理异常的方法。当 硬件部分如工艺技术装备、工艺流程不能保证质量时，必须进行基础件攻关和 技术改造、技术革新、工艺技术改进；其次是必须保证软件如图纸、标准、工艺文 件传递中的准确无误，杜绝差错，确保各部门在用的标准、工艺文件、图纸的唯 一性。 ( 5 ) 环境( e n v i r o n m e n t ) 为保证工序质量的稳定性，必须保证适宜的生产环 境，包括温度、湿度、照明、颜色、噪音等。电子工业还要求测定空气中含灰尘成 分，建立净化室、超净化室。 一般把以上五个因素统称4 m 1 e 。最近，还增加了以下三个工序因素： ( 1 ) 测量误差国外的研究表明，大约有3 0 的不合格品是由测量误差造 成的，因此把测量误差控制在一定范围内对于正确评价工序质量至关重要。测 量误差一般指测量仪器的固有误差，人员的检测误差、检测环境( 温度、湿度等) 引起的误差、检测方法的不同引起的误差。 ( 2 ) 公用设施主要是指水( 水质好坏) 、电( 电压是否稳定、电流强度大 小) 、气( 蒸汽、煤气、压缩空气是否稳定并符合规定要求) 及其它燃料等。事实说 明，能源的质量在一定程度上制约着工序质量。 ( 3 ) 计算机软件当工序自动化程度很高时，主要应用自动化仪表设备与 电子计算机对工序质量进行在线自动检测、自动反馈、自动补偿调整，但在系统 长期运转过程中，计算机软件也会出错。造成质量不稳定，因而计算机软件必须 作为重点控制对象。 影响工序质量还有其它因素，但基本因素是以上八种。 2 2 工序质量分析与工序能力 7 工序能力指数在工序质量控制中的应用研究硕士学位论文 2 2 1工序质量分析 2 2 1 1工序质量分析的含义 每一工序都有4 m 1 e 因素起作用，但是不同产品、不同工序中4 m 1 e 并非 起同等作用，也就是说4 m 1 e 起作用的形式和程度均有所不同。因此，在进行工 序质量控制之前要进行工序质量分析，分析影响工序质量的支配性( 主导性) 因 素和次要因素，对支配性因素进行重点控制，对次要因素进行一般控制，这样才 能实现工序质量的经济控制和有效控制。 由此可见，所谓工序质量分析，就是在分析工序质量波动原因的基础上，找 出影响工序质量的支配性因素，调查这些工序因素与工序结果( 工序质量) 之间 的关系，特别要明确因素与结果的传递途径和数量关系，然后在此基础上建立 因素管理( 或条件管理) 标准，开展常规的工序质量控制活动。 为了做好工序质量分析，必须进行以下工作： ( 1 ) 针对影响工序质量或质量问题的主要特性值，改善支配性的工序因素 ( 条件) ，以得到较好的特性值。 ( 2 ) 为了对改善后的工序进行控制与管理，制订或修改必要的管理标准。 ( 3 ) 把工序质量分析过程与结果，整理成工序质量分析表( 或过程质量表) ， 作为一种制造技术资料予以保存，指导编制现场作业文件。 ( 4 ) 明确操作人员，工艺人员，设备、计量、原材料供应与处理人员、质量管 理人员的现场管理责任、要求和权限。 ( 5 ) 分析、评价工序的适宜性，估计工序优质生产的能力。 可以说，工序质量分析是工序质量控制的必要前提，而工序质量控制是工 序质量分析的当然结果。 2 2 1 2支配性因素的分析 实践证明，在影响工序质量的因素中，由一个或很少几个因素占支配作用 的情况到处可见，应当有意识加以利用，并据此建立工序控制系统。下面简述支 配性因素的作用情况。 ( 1 ) 定位装置为支配性因素有些工序，例如冲孔、钻孔、定长度切削、扩 8 2 工序质量与工序能力 1 9 9 8 1 2 孔、模具拉伸、印刷、油印、绕线圈、金属薄板弯折、火焰切割等工序，定位装置为 支配性因素，如果定位装置安放正确，那么整批产品就将符合标准。这类工序是 高度复制性工序，工序质量稳定，工序质量随时间变化很小。 为控制工序质量，应当加强生产之前的工序调整，调整情况应经过检验或 评价，并正式核准。机械工业通常通过首件自检、互检和巡检而核查；复杂的化 工流程则用试生产进行评价，有关部门如质控、生产、设计、管理等部门参加这 种评价。 操作者应学会工序调整。掌握定位装置的安装和调整方法。最好配备有显 示定位数据的设施，以及能够调整定位装置精度的装置。 值得注意的是，机械工业所采用的首件检验，如果第一件产品合格，装置定 位将被认可丽正式生产。但是一次测定提供的信息很少，缺乏统计意义。最好先 进行试生产，利用直方图、控制图或工序能力指数等工具进行判断。首件检验仅 适用于工序质量波动极小的情况下。 ( 2 ) 机器设备为支配性因素这类工序虽然也是复制性工序，但是随着连 续生产中时间的推移，由于工具的磨损、试剂的耗尽或机器升温等的变化，或者 采用自动记录、自动显示装置，及时进行工序质量特性值的数据反馈，根据反馈 信息进行机器的校正与调整。 为了有效地控制机器的变化，应当制订定期检查的巡回检验计划，判定机 器设备的运行状态；或者对产品进行直接测定( 全数或抽样检查) ，绘制统计图 表，并反馈和处理质量信息；有时也可根据作业指导书检查工序的各种因素( 如 测定机床精度) ，只要这些因素符合规格要求，产品就是可以接受的，但它仅限 于在较后工序才对产品进行直接检查的情况。 ( 3 ) 操作人员为支配性因素对于要求操作者有较高技艺或手工操作占很 大比重的工序，操作人员的责任心和技能成为影响工序质量的关键因素。在操 作人员起支配作用的工序中，像电弧焊接、人工研磨、轧钢、喷漆、电子调谐、手 工包装、修理、校正、检验、服务等所产生的质量缺陷，可以由操作人员进行控 制。 9 工序能力指数在工序质量控制中的应用研究硕士学位论文 其控制手段是对操作人员加强质量意识、责任心和技能的教育培训，进行 上岗考核，编写详尽的操作规程，实行操作标准化，明确责任制，以及加强工艺 纪律检查。 ( 4 ) 材料、零部件、元器件为支配性因素对于装配、合成等工序，饲如汽 车、机械、电子设备、手表、家用电器、仪器仪表等的装配，化工产品合成，食品配 方制作等，原材料、零部件、元器件对工序质量起支配作用。为此，整机厂在厂内 要加强外购配套件的质量管理，建立厂际质量保证体系，在厂内要强化进货的 验收，特别在原材料、外购件由于客观原因无法保证质量的前提下，要加强进厂 后的筛选，坚持不合格原材料不投产，不合格元器件、零部件不装配。 随着自动化检测设备的发展，对用于复杂产品的零部件实行全数检查是可 取的，因为剔除一个不良品可避免装配时大量的返修工作。 e t 本对彩电进行质量控制时，比美国更重视筛选所采购到的元器件，从而 使产品故障率比美国低。 ( 5 ) 信息为支配性因素这类工序的作业依赖于前道工序结果所传递信息 的准确性和及时性，进而决定如何完成本工序作业，或进行相应的调整和变化。 化工、纺织、轻工( 如酿酒、造纸) 、冶金( 如测控钢水成分) 、机械等行业中都有这 类工序。因此其控制手段重点是利用各种先进检测仪器装置，以提供及时而准 确的信息，确保在长期运转中不出差错。 综上所述，不同行业、产品和工序的支配性因素各不相同，应当采用不同的 控制方法，切忌套用某种固定的控制模式，但是重点控制的思想是普遍适用的。 2 2 1 3工序质量分析的方法 工序质量分析主要有以下四个方法： ( 1 ) 根据专业技术进行分析，这是工序质量分析最基本的方法例如锌层 重量是镀锌丝重要的质量指标，它取决于电镀的工序质量，从专业技术可知影 响电镀的支配性因素是电流密度，为使电流密度稳定在控制范围内，必须制订 技术与管理标准。 ( 2 ) 依靠员工智慧和经验进行分析现场职工在长期实践中积累了许多分 - 1 0 2 工序质重与工序能力1 9 9 8 ，1 2 析和解决质量问题、控制工序质量的“诀窍”，应当将其发掘、总结和系统化，并 形成文件。因此发动员工集体进行工序质量分析具有重大意义，它可以防止质 量问题的重复发生。 ( 3 ) 开展质量管理小组活动，进行工序质量分析许多企业组织质量管理 小组进行质量分析和质量攻关，通过几轮p d c a 循环，找到解决质量问题的思 路，经过现场确认，并将其巩固和标准化，取得了很好的效果。 ( 4 ) 用统计方法进行工序质量分析多数统计方法都可以作为工序质量分 析的工具，如排列图、因果图、分层法、溺查表法、直方图、散布图、控割图、正交 试验、方差分析法等。 2 2 1 4工序质量分析的步骤 ( 1 ) 分析工序质量特性值的波动分析对象包括不同生产线、不同设备、不 同时间( 含异常情况间隔的时间) 、不同批次之间的变化，工件之间工序质量特 性值的变化，工件内部如装配件、组合件的波动。这需要调查具体工序质量特性 值相巨之间、与标准( 规格) 之同、与历史数据之间的波动，以确定质量问题，研 究与整理问题点，此时的数据应尽量图表化。 ( 2 ) 确定工序质量分析计划，选择特性值当质量问题与分析内容比较复 杂或规模较大时，必须确定工序质量分析计划。其核心是选择作为分析对象的 关键特性值，一般应遵循以下原则： 血选择技术上的关键特性值( 根据设计过程的质量特性值重要性加以规 定) 。 6 选择质量薄弱环节或存在质量问题的特性值。 c 不仅选择与质量问题直接有关的特性值，也应选择与其间接有关的特性 值；不仅选择计量特性值，也可选择计数或百分率特性值。 d 要考虑特性值测定的难易程度，不同的测定方法所反映的工序因素及特 性值不同。 ( 3 ) 分析影响工序质量特性值波动的因素这种分析应该注意以下几点： 。一般可采用因果图或系统图进行，回归分析、方差分析和正交设计也是 1 1 工序能力指数在工序质量控制中的应用研究硕士学位论文 常用的方法，以确定影响质量特性值的因素，在运用这些方法时，需要集思广 益，把员工的意见反映在这些工具的运用上。 b 通过原因的层次细分，明确工序因素( 条件) 与工序质量特性值( 结果) 的 传递途径，或者目的、手段之间的传递途径，搞清逻辑关系，不可因果倒置。 c 借助专业技术、员工智慧和数理统计方法等，明确因素( 条件) 与结果之 间的数量关系，弄清影响因素的大小主次，找出影响工序质量特性波动的支配 性因素。 ( 4 ) 确定支配性因素的控制要求，建立控制标准，开展常规的管理活动在 上述分析的基础上，综合考虑工艺要求、测量手段及其误差，确定支配性因素的 控制要求( 或因素管理目标值) ，即当工序条件到达什么样的标准要求，才能保 证规定质量特性值的实现。 其次，根据支配性因素的控制目标值，确定具体手段。例如：重点设备的维 修计划；操作人员的培训考核；原材料的交验认定要求；环境的调节手段等。将 控制目标值与具体控制手段( 频次、时间、人员、考核等) 组合成因素控制( 管理) 标准，落实质量责任制，纳入常规管理活动中去。 ( 5 ) 进行效果的确认建立因素控制试行标准开展常规管理后，必须进行 效果的确认，即将处理前的特性值的状态与处理后的特性值状态进行比较，以 验证其效果，此时可应用显著性检验或排列图、直方图、控制图等。 如果效果很好，可将试行标准变为正式标准，并将以上过程汇总为工序质 量表后存档；如果效果不理想，可再次回复到步骤( 1 ) ，再次进行分析到步骤 ( 5 ) 。 2 2 2 工序能力 2 2 2 1 工序能力的含义 工序能力是指工序处于控制状态，即人员、机器设备、材料、方法、环境、测 量等因素充分标准化并处于稳定状态下所表现出来的保证工序质量的能力。这 是一种工序固有的再现性或一致性的能力，而当工序处于不稳定状态时，其测 量值不具备再现性，也就不能进行工序能力的测定。 1 2 2i 序质量与工序能力 1 9 9 8 1 2 工序能力一般用b = 6 仃来表示，b 越小，说明工序能力越大。 工序能力有如下性质： ( 1 ) 它既然是一种能力，就应当可以度量，因此工序能力是工序能够度量的 特性，应该而且可以定量化。 ( 2 ) 它既表示一种现实能力，又可表示潜在能力，即其固有的全部可能能 力，并具有再现性。 ( 3 ) 它本身的计算和数据与公差无关，但为了预测和分析，往往将其公差相 比较，构成了“比值”和“指数”的概念。 ( 4 ) 它一般不可能对工序进行直接浏定而求得，相反的倒是通过测量产品 的一致性( 质量波动大小) 来间接地求出。 ( 5 ) 它是一综合能力，既包括硬件( 原材料、设备机器) ，也包括软件( 操作 者、工艺方法等) 。 2 2 2 2工序能力的作用 ( 1 ) 用于工序设计，预测工序能否符合设计要求，更好地制定工序控制计 划。 ( 2 ) 选择工艺方法。如对用机械夹盘还是用真空操作夹盘来磨制镜片进行 选择时，可通过测定工序能力( 表2 3 ) 作出抉择。 表2 3 工序工序能力( 6 a )镜片碎裂 机械夹盘0 0 7 6 毫米5 3 真空操作夹盘0 0 4 6 毫米 0 4 ( 3 ) 采购机器。如可在供货单上规定工序能力。 ( 4 ) 协调序列工序的相互关系。如粗细加工的安排，或前道工序的精度被后 道作业破坏时的处理，或预测前道工序留下多少质量问题。 ( 5 ) 数据的存储与检索，以供市场分析、设计开发、工艺设计等情况运用。 ( 6 ) 控制工序实际质量。如预测产品不合格率，验证和分析质量缺陷原因。 ( 7 ) 确定检验方案。如确定全检还是抽检，抽检方案的宽严等。 ( 8 ) 评价公差的工艺可行性。 ( 9 ) 其它。如培训工人，生产工序的管理和调度等。 1 3 工序能力指数在工序质量控制中的应用研究硕士学位论文 3工序能力指数的演变 工序能力指数一个广为接受的概念是：工序能力指数( p r sc a p a b i l i t ， i n d e x ) 是一种统计指标，它用来评价一个工序生产的产品的质量特性满足由工 程技术的要求或客户的需求所确定的目标值的能力。 工序能力指数的计算和使用需满足下述两个条件：( 1 ) 工序处于统计控制 状态，即影响工序能力的因素只有随机误差，不存在系统误差；( 2 ) 产品的质量 特性服从正态分布( x ( _ “，d 2 ) ) 。除非特别提及，本章的论述都是在上述两 个假设的基础上展开的。 ，1 3 1 对工序裔勿的描述：g 。 l 应用最早、形式最简单的工序能力指数是c 。， q ：盟毒逊 ( 3 1 ) 式中，u s l 代表质量特性的上规格限，l s l 代表下规格限，口是总体的标准差。 从上式可以看出，工序能力指数c 。描述了质量特性允许波动的范围与实际( 或 自然) 波动范围之比，即c p = 羹葆蓑豸器蔫雷。之所以采用6 一来描述质量特性 的实际波动范围，是基于p ( p 一3 a c p 。；当r = 1 5 时，工序平均与目标的 偏差缩小为l ，c ，。相应扩大为o 7 0 7 ，而c p c p k 仍保持不变。由此可见c p 。更 为真实地反映了工序所处的客观状态，其可靠性要比c 。和c “高。 c 。指数是田口先生质量管理恩想的派生物。田i i l 先生把质量定义为产品 上市后给社会带来的损失，不包括功能本身所产生的损失，质量高的产品就是 上市后给社会带来损失少的产品。质量损失可用质量损失函数l ( x ) = ( x r ) 2 来表示，x 偏离目标值r 就会产生损失，ix ri 越大，损失越大。质量特 性值偏离目标值的原因可分解为两部分：一部分是出质量特性的波动( 一) 造成 的，另一部分是由工序平均( 卢) 偏离目标值所造成的。c 。指数对二者都进行了 较好的反映。 或许用损失函数来表达c e 。能更好地描述c p 。与质量损失之间的内在联 系。由 c 。：堕掣口“：e ( x r ) 2 。p “一6 d 。、“17 。 得到鲥l ( x ) = 幻心 所以= 以黼 ( 3 m 定义形，为x ；r 时的价值，则产品的价值函数为 形( x ) = i f r 一月( x r ) 2 定义为产品价值等于0 时工与丁之间的偏移量，得到 0 ：形r 一怂2 或2 ：半 考虑到形，和很难给予准确的估计，下面给出另一种形式的损失函数：相 对损失函数l ，( 工) l r ( x ) ：掣 ( 3 1 2 ) 从上式可以看出相对损失函数为质量损失与产品最大价值的比率，只需确定质 量特性值x 和功能界限和目标值r ，减少了所需的信息量和应用中的困难。相 1 9 工序能力指数在工序质量控制中的应用研究硕士学位论文 对损失的期望为 l 。：e l ，( x ) ：_ j 铲：( 署) ： 这样就可以用相对损失函数来表达g 。 = 雠 由l 。的估计式 ( x ，一r ) 2 e = ( 署) 2 = 世矿 得到c p 。的估计式 = 觜 3 4 q 、c p i 、c p 。的比较 ( 3 1 3 ) ( 3 1 4 ) q 、c p n q 。三个工序能力指数之间的关系取决于规格限中心m 、匿标值 r 、工序平均卢在位置上的相互关系，下面分别就不同的情况进行讨论 ( 1 ) 当m = t = 卢时，k = 0 ，c p k = c p ( 1 一 ) = q s l = q 因此当m ；t = 卢时，c ，= c p = c ，。，三个工序能力指数并没有区别，但这 种情况很少发生。 ( 2 ) 当m = t 户时，只要质量特性的波动( 口) 不变，c ，值就保持不变，因 为c ，只依赖于盯的大小。随着工序平均_ 与r ( 或m ) 的偏差逐渐增大，c 曲与 q 。都逐渐变小，并且q 。始终小于c p k ，所以c ，。对工序平均对目标值的偏移 更为敏感，对生产者而言c ，。是让其“吃亏”的工序能力指数，c 止相对宽松，而 c ，在这种情况下是不适用的。注意到，卢= t 时，c 一与c ，。同时达到最大。图3 4 描述了这种关系。 ( 3 ) 当产m ，t m ，t 户时，只要口不变，q 值仍是固定不变的。在 图3 5 中，c 。i 仍然在规格限中心达到最大，但这并不是理想的情况，质量特性的 2 0 3 工序能力指数的演变 1 9 9 8 1 2 【s t 1 0 i l 12l3 ， i51 6 l7lr s l 0i ii2l3 一 l5f 6 17 r 0 ! 型业f 盐! 五一 il2 is2 i ii i 7 生! 型竺! 竺出! 巴 ， 生生! 竺型! 陛! 口1 5 t ， 生竺! ! ：塑! ! ! 世生1 6t ti # 生坐! 垡竺! 世! 口一 图3 4目标值处于规格限中心时工序能力指数的变化 2 l 工序能力指数在工序质量控制中的应用研究硕士学位论文 l s l m tu s l o1 2 13 l s l i4l51 6 m t 71 8 u s l 0 l j】213i4】5 l s l mtu s l 0 l s l 6 l71 8 m t u s l ol l1 21 3 1 4151 61 71 8 l s lm t i j s t ，。 ! ：丝竺型! 融! 趔 3 l0 7 512 507 502 2 ! ! ：丝翌竺世巴 4 03 2 丝堡型! 吐至口 5 l1 2 507 507 505 6 ! ! ：丝竺垡! 盥巴! 1 6 l1 50 505 10 0 0i il2i3】4 i51 6 i718 1 。