SPC基础入门.pptx

1,StatisticalProcessControl（统计过程控制）李明,统计过程控制（SPC）,1、SPC的发展史与基本统计概念2、SPC的基本原理3、控制图4、过程能力和过程能力指数,2,1.1什么是SPC,什么是SPC统计过程控制即SPC(statisticalprocesscontrol)它是利用统计方法对过程中的各个阶段进行监控，从而达到改进与保证质量的目的SPC强调全过程的预防为主。SPC不仅用于生产过程，而且可用于服务过程和一切管理过程备注：SPC是全系统的，全过程的，要求全员参加，人人有责。这点与全面质量管理的精神完全一致。,3,过程：将输入转化为输出的相互关联和相互作用的活动。,1.2过程,机床（主轴承间隙、刀具）操作工（进给率、对中准确度）原材料（棒料尺寸、硬度）轴外圆顾客操作规程尺寸环境（供电电压、温度、湿度、振动）表面粗糙度,资源融合,过程示例用普通机床生产一种轴的外圆,1.2.1过程特性,特性：定量、定性可区分的特征按重要程度分：关键、一般按状态分：产品、过程如何定义关键质量特性呢？,6,1.3基本统计概念,统计学（Statistics）为了了解被检验总体的某些隐含的特性，运用合理的抽样方法从被调整总体中取得适当的样本，通过研究样本来发现总体的特征收集、整理、展示、分析解释统计资料由样本（sample）推论母体群体（population）能在不确定情况下作决策是一门科学方法、决策工具,7,抽样,推论,基本的统计概念,数据的种类波动（变差）波动的概念、原理及波动的种类普通原因/异常原因基础的统计量平均值X、中位数X、极差R标准偏差s、,计量型,计数型,1.3.1数据的种类,计量型特点：可以连续取值也称连续型数据。如：零件的尺寸、强度、重量、时间、温度等,计数型特点：不可以连续取值，也称离散型数据。如：废品的件数、缺陷数,波动的概念是指在现实生活中没有两件东西是完全一样的。生产实践证明，无论用多么精密的设备和工具，多么高超的操作技术，甚至由同一操作工，在同一设备上，用相同的工具，生产相同材料的同种产品，其加工后的质量特性（如：重量、尺寸等）总是有差异，这种差异称为波动。公差制度实际上就是对这个事实的客观承认。消除波动不是SPC的目的，但通过SPC可以对波动进行预测和控制。,1.3.2波动（变差）的概念：,（1）、波动的原因：,波动原因,（2）、普通原因、特殊原因,普通原因：指的是造成随着时间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，我们称之为：“处于统计控制状态”、“受统计控制”，或有时间称“受控”，普通原因表现为一个稳定系統的偶然原因。只有变差的普通原因存在且不改变时，过程的输出才可以预测。如设备的正常震动，刀具的磨损，同一批材料的品质差异，熟练工人间的替换；特殊原因：指的是造成不是始终作用于过程的变差的原因，即当它们出现时将造成(整个)过程的分布改变。除非所有的特殊原因都被查找出来并且采取了措施，否則它们将继续用不可预测的方式来影响过程的输出。如果系统內存在变差的特殊原因，随时间的推移，过程的输出将不稳定。如设备故障，原材料不合格，没有资格的操作工、未按照作业指导书操作、工艺参数设定不对,普通原因和特殊原因的区别,（3）、波动的种类:,正常波动：是由普通(偶然)原因造成的。如操作方法的微小变动，机床的微小振动，刀具的正常磨损，夹具的微小松动，材质上的微量差异等。正常波动引起工序质量微小变化，难以查明或难以消除。它不能被操作工人控制，只能由技术、管理人员控制在公差范围内。异常波动：是由特殊(异常)原因造成的。如原材料不合格，设备出现故障，工夹具不良，操作者不熟练等。异常波动引起工序质量变化较大，容易发现，应该由操作人员发现并纠正。,1.3.3、基本统计量说明,1、平均值X设X1，X2，.Xn是一个大小为n的样本，则X=（X1+X2+Xn)/n2、中位数X将数据按数值大小顺序排列后，位于中间位置的书，称为中位数。如：5，9，10，4，7，X=7；如：5，9，10，4，7，8X=（7+8）/2=7.5,3、极差R样本数据中的最大值Xmax与最小值Xmin的差值。R=Xmax-Xmin4、标准偏差s、（1）总体标准偏差（2）样本的标准偏差,17,总结：通过收集、计算、分析和改进数据的手段，从而了解制造、服务等过程其最佳范围（低成本、低风险），并确定其控制范围的异常和正常规律，达成一种事先预测并实施改进措施的方法。,SPC的发展,过程控制的概念与实施过程监控的方法早在20世纪20年代就由美国的休哈特(W.A.Shewhart)提出。在第二次世界大战后期，美国开始将休哈特方法在军工部门推行但是上述统计过程按制方法尚未在美国工业牢固扎根。反之，战后经济遭受严重破坏的日本在1950年通过体哈特早期的一个同事戴明(WEdwardsDeming)博士，将SPC的概念引入日本从1950年至1980，经过三十年的努力，日本跃居世界质量与生产率方面的领先地位。美国著名质量管理专家伯格(RogerWBergcr)教授指出，日本成功的基石之一就是SPC。美国从20世纪80年代起开始推行SPC。美国汽车工业已大规模推行了SPC，如福特汽车公司，通用汽车公司，克莱斯勒汽车公司等美国钢铁工业也大力推行了SPC，如美国LTV钢铁公司，内陆钢铁公司，伯利恒钢铁公司等等。,18,SPC能解决之问题,1.经济性：有效的抽样控制，不用全数检验，不良率和成本得以控制。使过程稳定，能掌握质量、成本与交期。2.预警性：过程的异常趋势可实时对策，预防整批不良,以减少浪费。3.分辨特殊原因：作为局部问题对策或管理阶层系统改进之参考。4.善用机器设备：估计机器能力，可妥善安排适当机器生产适当零件。5.改善的评估：过程能力可作为改善前后比较之指南。,19,SPC基本原理,20,控制图示例:,上控制界限(UCL),中心线(CL),下控制界限(LCL),（一）、控制图定义控制图是用于分析和控制过程质量的一种方法。控制图是一种带有控制界限的反映过程质量的记录图形，图的纵轴代表产品质量特性值(或由质量特性值获得的某种统计量)；横轴代表按时间顺序(自左至右)抽取的各个样本号；图内有中心线(记为CL)、上控制界限(记为UCL)和下控制界限(记为LCL)三条线(见下图)。,（二）、控制图的目的,控制图和一般的统计图不同，因其不仅能将数值以曲线表示出來，以观其变异之趋势，且能显示变异属于偶然性或非偶然性，以指示某种现象是否正常，而采取适当的措施。,（三）、控制图的设计原理：,位置：中心值,形状：峰态,分布宽度,1、在产品的生产过程中，计量值的分布形式有：,NormalDistribution（正态分布）,whennitturnsto,standarddeviationcentrallocation,CharacteristicofNormalDistribution（正态分布的特征）,Nomatterwhatvalueof&,theprobabilityofdatawhichfallinto-3,+3is99.73%。,2、正态分布的参数（1）平均值（）此参数是正态分布曲线的位置参数，即它只决定曲线出现频率最大数值位置而不改变正态曲线的形状。,（2）标准偏差（）此参数是正态分布曲线的形状参数，即它决定了曲线的“高”、“矮”、“胖”、“瘦”。,4、正态分布表及其用法我们把=0，=1的正态分布称为标准正态分布，记为XN（0，12）。其概率密度函数为是将非标准正态分布XN（,2）化为标准正态分布UN（0，12）的公式，称为“一般正态随机变量的标准化”公式。简称“标准化”公式。附表2中的标准正态分布表是针对下列函数而构造的：,控制图原理,工序处于稳定状态下，其计量值的分布大致符合正态分布。由正态分布的性质可知：质量数据出现在平均值的正负三个标准偏差(X3)之外的概率仅为0.27%。这是一个很小的概率，根据概率论“视小概率事件为实际上不可能”的原理，可以认为：出现在X3区间外的事件是异常波动，它的发生是由于异常原因使其总体的分布偏离了正常位置。控制限的宽度就是根据这一原理定为3。,1.两类错误：第一类错误：误发信号的错误，即工序正常，点子落在控制界限外。第一类错误发生的概率记为。第二类错误：漏发信号的错误，即工序异常，点子却仍然落在控制界限内。第二类错误发生的概率记为。计算：对于以3原理确定的休哈特控制图，第一类错误的概率0.27计算：的大小需要对具体问题进行具体分析。,两类错误和3方式,控制图的形成,旋转90,LCL,UCL,LCL,UCL,规格界限和控制界限,规格界限：是用以规定质量特性的最大（小）许可值。上规格界限：USL；下规格界限：LSL；。控制界限：是从实际生产出来的产品中抽取一定数量的产品，并进行检测，从所得观测值中计算出来者。上控制界限：UCL；下控制界限：LCL；,控制图的种类,1、按数据性质分类：,2、按控制图的用途分类分析用控制图：根据样本数据计算出控制图的中心线和上、下控制界限，画出控制图，以便分析和判断过程是否处于于稳定状态。如果分析结果显示过程有异常波动时，首先找出原因，采取措施，然后重新抽取样本、测定数据、重新计算控制图界限进行分析。控制用控制图：经过上述分析证实过程稳定并能满足质量要求，此时的控制图可以用于现场对日常的过程质量进行控制。,分析用控制图決定方针用过程分析用过程能力研究用过程控制准备用,控制用控制图追查不正常原因迅速消除此项原因并且研究采取防止此项原因重复发生之措施。,3、控制图的选择,计量型控制图,1、建立X-R控制图的四步骤：,步骤A：,A1：选择子组大小、频率和数据：每组样本数（子组大小）：2-5；子组数要求：最少25组，共100个以上样本；频率可参考下表：,抽样原则：组內变差小（同组数据连续抽样），组间变差大（组与组之间有一定间隔时间）,A3、计算每个子组的均值和极差R：,平均值的计算：,4,4,3,2,1,x,x,x,x,x,+,+,+,=,R值的计算：,每组平均值和极差的计算示例：,A4、选择控制图的刻度：,对于X-bar图，坐标上的刻度值的最大值与最小值之差应至少为子组（X-bar）的最大值与最小值差的2倍；对于R图，坐标上的刻度值应从0开始到最大值之间的差值为初始阶段所遇到的最大极差值（R）的2倍；,A5、将均值和极差画到控制图上：,在确定了刻度后尽快完成：将极差画在极差控制图上，将各点用直线依次连接：将均值画在均值控制图上，将各点用直线依次连接：确保所画的同一个样本组的Xbar和R点在纵向是对应的；分析用控制图应清楚地标明“初始研究”字样；标明“初始研究”的控制图，是仅允许用在生产现场中还没有控制限的过程控制图。（备注：控制用控制图必须要有控制限！）,步骤B：,K为子组数,k,R,R,R,R,k,x,x,x,x,x,k,k,+,+,+,=,+,+,+,+,=,.,.,2,1,3,2,1,极差控制图：,平均值控制图：,B1、计算平均极差及过程平均值,R,D,LCL,R,D,UCL,R,CL,R,A,X,LCL,R,A,X,UCL,X,CL,R,R,R,X,X,X,3,4,2,2,=,=,=,-,=,+,=,=,极差控制图：,平均值控制图：,B2、计算控制限,注：D4、D3、A2为常数，随样本容量n的不同而不同，见控制图的常数和公式表。,B3、在控制图上画出平均值和极差控制限的控制线,将平均极差（Rbar）和过程均值（Xdoublebar）画成黑色水平实线，各控制限（UCLR、LCLR、UCLX、LCLX）画成红色水平虚线；在初始研究阶段，这些被称为试验控制限。,步骤C：,控制图的判定准则：（1）、基本判定准则：当控制图中的点出现下列情况之一，说明生产过程存在特殊原因，需立即采取措施予以消除以确保过程处于稳定状态：超出控制线的点；连续七点上升或下降；连续七点全在中心点之上或之下；点出现在中心线单侧较多时，如：连续11点中有10点以上连续14点中有12点以上连续17点中有14点以上连续20点中有16点以上,（2）、图示判定准则：当控制图中的点出现下列情况之一，说明生产过程存在特殊原因，需立即采取措施予以消除以确保生产过程处于稳定状态。,ABCCBA,UCLLCL,判定准则1:(2/3A)3点中有2点在A区或A区以外,判定准则2:(4/5B)5点中有4点在B区或B区以外,ABCCBA,UCLLCL,ABCCBA,UCLLCL,判定准则3:(6连串)连续6点持续地上升或下降,判定准则4:(8缺C)有8点在中心线的两侧,但C区并无点子,ABCCBA,UCLLCL,ABCCBA,UCLLCL,判定准则5:(7单侧)连续7点在C区或C区以外,判定准则6:(14升降)连续14点交互着一升一降,判定准则7:(15C)连续15点在中心线上下两侧的C区,判定准则8:(1界外)有1点在A区以外,C6、重新计算控制限,当进行首次工序研究或重新评定过程能力时，要排除已发现并解决了的特殊原因的任何失控的点；重新计算并描画过程均值和控制限；确保当与新的控制限相比时，所有的数据点都处于受控状态，如有必要，重复判定/纠正/重新计算的程序。,C7、延长控制限继续进行控制,当控制图上的点处于受控状态并且CPK大于1时，将控制限应用于制造过程控制，此时控制图称为控制用控制图；将控制限画在控制用控制图中，用来继续对工序进行控制；操作人员或现场检验人员根据规定的取样频率和样本容量抽取样本组、立即计算Xbar和R并将其画在控制图中并与前点用短直线连接、立即应用前述判定原则和标准判定工序是否处于受控状态；如工序处于非受控状态，操作人员或现场检验人员应立即分析异常原因并采取措施确保工序恢复到受控状态；工序质控点的控制图应用的“三立即”原则；工序质控点的控制图出现异常情况的处理20字方针是“查出异因，采取措施，加以消除，不再出现，纳入标准”。,七、计数型控制图的制作步骤和判定原则,1、建立P控制图的步骤：,建立p图的步骤A,A1选择子组容量、频率、数量,子组容量：用于计数型数据的控制图一般要求较大的子组容量(例如50200)以便检验出性能的变化，一般希望每组內能包括几个不合格品，但样本数如果太大也会有不利之处。分组频率：应根据产品的周期确定分组的频率以便帮助分析和纠正发现的问题。时间隔短则反馈快，但也许与的子组容量的要求矛盾子组数量：要大于等于25组以上，才能判定其稳定性。,A2计算每个子组內的不合格品率,记录每个子组內的下列值被检项目的数量n发现的不合格项目的数量np通过这些数据计算不合格品率,A3选择控制图的坐标刻度,描绘数据点用的图应将不合格品率作为纵坐标，子组识別作为横坐标。纵坐标刻度应从0到初步研究数据读数中最大的不合格率值的1.5到2倍。,A4将不合格品率描绘在控制图上,描绘每个子组的p值，将这些点联成线通常有助于发现异常图形和趋势。当点描完后，粗览一遍看看它们是否合理，如果任意一点比別的高出或低出许多，检查计算是否正确。记录过程的变化或者可能影响过程的异常状況，当这些情况被发现时，将它们记录在控制图的“备注”部份。,建立p控制图的步驟B,计算平均不合格率及控制限,画线并标注,均值用水平实线：一般为黑色或藍色实线。控制限用水平虛线：一般为紅色虛线。尽量让样本数一致，如果样本数一直在变化，会如下图：,在实际应用时，当各样本组容量与其平均值相差不超过正负25%时，可用平均样本容量（n）来计算控制限，当样本组容量的变化超过上述值时，则要求单独计算这些特别小或特别大样本时期内的控制限。注意：任何处理可变控制限的程序都会变得麻烦，并且可能使解释控制图的人员造成混淆。如果可能的话，最好是调整数据收集计划，从而使用固定的样本容量。,建立p图的步骤C,C1、分析数据点，找出不稳定的证据,点线面以上三种方式做判定。（同计量型控制图）,C2、寻找并纠正特殊原因,当从数据中已发现了失控的情況时，则必须研究操作过程以便确定其原因。然后纠正该原因并尽可能防止其再发生。由于特殊原因是通过控制图发现的，要求对操作进行分析，希望操作者或现场检验员有能力发现变差原因并纠正。可利用诸如排列图和因果分析图等解决问题技术。,C3、重新计算控制界限,当进行初始过程研究或对过程能力重新评价时，应计算试验控制限；一旦控制图稳定和受控并且过程能力可接受，则可将控制限延伸到将来的时期。它们便变成了操作控制限，控制图则成为管理用控制图。,使用控制图的注意事项,分组问题主要是使在大致相同的条件下所收集的质量特性值分在一组,组中不应有不同本质的数据,以保证组內仅有偶然因素的影响.我们所使用的控制图是以影响过程的许多变动因素中的偶然因素所造成的波动为基准来找出异常因素的,因此,必须先找出过程中偶然因素波动这个基准.,使用控制图的注意事项,分层问题同样产品用若干台设备进行加工时,由于每台设备工作精度、使用年限、保养状态等都有一定差异,这些差异常常是增加产品质量波动、使变差加大的原因.因此,有必要按不同的设备进行质量分层,也应按不同条件对质量特性值进行分导控制,作分层控制图.另外,当控制图发生异常时,分层又是为了确切地找出原因、采取措施所不可缺少的方法.,使用控制图的注意事项,控制界限的重新计算为使控制结适应今后的生产过程,在确定控制图最初的控制线CL、UCL、LCL时,常常需要反复收集数据和计算,以求得切实可行的控制图.但是,控制图经过使用一定时期后,生产过程有了变化,例如加工工艺改变、刀具改变、设备改变以及进行了某种技术改革和管理改革措施后,应重新收集最近期间的数据,以重新计算控制界限并作出新的控制图.,各类控制图汇总,不合格数,C,单位不合格数,U,不合格品率,np,不合格品率,P,计数值控制图,单值移动极差,X-RS,中位数极差,Me-R,均值标准差,LCL,UCL,CL,均值极差,计量值控制图,图名称,图代号,类型,表2常规控制图表,四、过程能力与过程能力指数,77,过程能力,控制图显示了一个过程是否受控，但客户需要的是合格的产品过程受控过程有足够的能力生产合格的产品过程能力：是过程的声音和客户声音的对比,78,79,过程能力受控且有能力符合规范（普通原因造成的变差已减少）规范下限规范上限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）,过程能力,80,具有能力的过程,过程能力,81,不具有能力的过程,1.什么是过程能力a、过程能力过程的加工质量满足技术标准的能力，是衡量加工内在一致性的标准，决定于质量因素人、机、料、环、法，与公差无关。稳态时，99.73%的产品落在(-3，+3)范围内，因此将过程能力PC定义为：PC=6生产能力加工数量方面的能力。b、短期过程能力与长期过程能力所谓短期过程能力是指在任一时刻，过程处于稳态的过程能力，而长期过程能力则考虑了工具磨耗的影响、各批之间材料的变化以及其他类似的可预期微小波动。换言之，短期过程能力表示了组内变异，而长期过程能力则表示了组内变异与组间之和。,过程能力的研究,短期能力研究过程能力,83,输入（材料）,过程（生产/装配）,输出（产品）,反馈（测量/检验）,过程能力的研究,过程能力（ProcessCapability）过程固有总变差由普通原因造成的变差由估计出,84,过程能力的研究,85,输入（材料）,过程（生产/装配）,输出（产品）,反馈（测量/检验）,长期能力研究过程性能,过程能力的研究,过程性能（ProcessPerformance）过程总变差由普通原因和特殊原因造成的变差由6估计出是在控制图上所有样本的标准偏差总和,86,过程能力的研究,过程性能子组内变差子组间变差特殊原因变差普通原因变差6,87,2.过程能力指数-Cp过程能力满足产品技术标准（产品规格、公差）的程度。,a.无偏移双侧规范情况的短期过程能力指数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，无偏规格中心Tm与分布中心重合，计算公式：b.单侧规范情况的短期过程能力指数(1)仅给出规格上限TU，计算公式：,(2)仅给出规格下限TL计算公式：c.有偏移情形的短期过程能力指数规格中心Tm与分布中心不重合计算公式：绝对偏移量：偏移系数：工序能力指数：当k，即eT/2时，规定Cpk=0,d.Pp、PpkC系列过程能力指数与P系列过程能力指数的公式形式是相同的，二者的差别仅仅在于，前者的公式中，而后者的公式中采用。3.Cp和Cpk的比较说明Cp表示过程加工的一致性，即“质量能力”。Cpk是过程的“质量能力”与“管理能力”二者综合的结果。4.3.Pp和Ppk的比较说明C系列过程能力指数是指过程的固有能力指数，而P系列过程能力指数则是过程的实绩过程能力。对于同一个过程而言，长期标准差大于短期标准差。过程的质量改进就是逐步减小，使之不断向逼近。例题,Cp,Cp：是一个能力指数。它把过程能力与由公差表示的最大可允许的变差进行比较。该指数反映了过程是否能够很好的满足变化的要求。Cp是不受过程位置的影响，只是针对双边公差而计算的，这个指数对单边公差没有