（管理科学与工程专业论文）面向连续质量改进的过程能力分析与评价研究.pdf

摘要 对组织进行过程连续改进是现代质量管理的核心思想，过程能力分析和评价 是连续改进的重要一环。通过过程能力分析和评价可以了解过程运行状况、确定 改进方向和评价改进成果，从而达到减小和抑制过程波动的目的。本文在国家杰 出青年科学基金项目“质量管理”( 7 0 1 2 5 0 0 4 ) 国家自然科学基金委资助项目“从 基本标准到先进标准体系的实现理论和技术研究”( 7 0 0 7 2 0 2 9 ) 和“时变离散过 程质量控制实现技术及性能评价”( 7 0 5 7 2 0 5 0 ) 的框架内，对过程能力分析和评 价的一些难点和热点问题进行了深入研究。主要研究工作集中在以下几方面： 1 过程能力指数的理论基础和统计特性 从新旧两种质量损失函数的角度研究了几种基本过程能力指数的定义和理论 基础，分析比较了几种指数的关系、区别以及与分布特性之间的关系。指出过程 能力指数的本质反映了对质量损失理解和质量目标的不同，即合同要求或卓越质 量，并提出质量损失指数的概念。针对大量难于确定过程输出分布形式的实际过 程，研究了采用非参数的b o o l s l r a p 方法估计过程能力指数的置信下限，使用 m a t l a b 编写了过程能力指数的几种b 0 0 l s t r a p 置信下限计算程序。以c 。k 为例， 对不同分布类型、参数和样本含量的组合进行了大量仿真，确定了不同样本含量 下最优b o d t s t r a p 置信下限的计算方法。针对质量控制人员最关心的过程能力指数 的重要特性与合格率的关系，在讨论c p 及c p k 与合格率关系的基础上，深入 研究了c 。及c p m k 等t a g u c h i 过程能力指数与合格率的关系，建立了对应的函数， 从而促进了其在连续过程改进中推广。 2 偏态分布过程的能力分析与评价 传统s p c 和过程能力分析建立在过程输出服从正态分布的假设上，当过程输 出不服从正态分布时，如何准确进行过程能力分析与评价一直是该领域的难点。 本文在总结偏态过程能力分析方法的基础上，从两个方面进行了研究。针对化工、 制药等流程性行业中常见的具有非负零界特点的偏态过程，研究了基于b o x c o 幂转换模型的过程能力分析的数据转化方法。通过大量仿真，验证了对于不同偏 斜度和峰度的偏态数据具有较好的转换效果，同时也验证了基于该方法的过程能 力分析和评价方法的准确性。针对用于偏态过程的1 、，过程能力指数所存在的统 计缺陷，本文结合s 方法和c f e m e n t 偏态过程能力分析的思想，提出了s w v 偏态过程能力指数。通过4 种偏态分布的2 9 种参数组合的仿真结果显示，s w v 过程能力指数优于w v 过程能力指数。 3 时变过程的过程能力分析 由于生产技术的多样性和自动化生产技术的发展，越来越多的过程输出具有 时变性，过程能力分析中的时变性研究逐渐为学术界所重视。本文研究了两类具 有典型时变特性的过程能力分析。以刀具磨损等情况为背景，针对不可消除的系 统因素导致长期过程输出分布均值发生漂移的周期调整过程，分析了过程输出的 合成分布特征，并建立了以调整系数为变量的概率密度函数族及其标准形式。在 此基础上，提出过程性能计算公式，并分析比较了新的指数形式与传统公式的差 别。针对自动化生产导致的越来越多的自相关过程，基于时间序列理论中的稳定 随机过程模型，通过仿真方法研究了自相关过程的过程能力分析问题。通过研究 抽样和标准差的估计方法及样本含量对自相关过程能力分析的较大影响，指出了 过程能力分析时必须考虑过程输出的自相关特性，提出了相应的步骤和方法。 4 过程输入对过程能力分析的影响 传统的过程能力分析方法没有考虑过程输入对过程能力的影响。事实上，过 程输入的波动能够以某种方式传递到过程输出。本文将过程输入的影响引入到过 程能力分析中，分析了过程输入与输出可能存在的关系，并通过建立了线性和指 数型( 非线性) 过程波动传递模型研究了过程输入对过程能力的影响。首次研究 了非线性过程波动传递模型下的过程输入对输出影响的分布形式以及方差传递关 系。研究表明，非线性的输入输出关系会导致过程输出不再服从正态分布，而是 重尾的分布。通过仿真发现，对于给定的输入方差，过程输入传递到输出上的方 差与指数传递模型的系数呈线性关系。最后指出，在过程能力分析时应讨论过程 输入与输出的相关性。 5 过程能力评价向过程性能综合评价的扩展 过程能力是属于狭义质量的范畴，而过程性能( 或效能) 则是广义质量的范 畴。为更好进行过程的连续质量改进，本文将过程能力评价扩展为过程性能的质 量、效率综合评价，使用数据包络分析( d e a ) 方法进行多过程综合性能的水平 比较。此外，讨论了基于d e a 排序模型的效率值和松弛变量指导过程改进和调整 的方法，并通过一个机械行业的实例加以说明。 关键词：连续质量改进；过程能力分析；过程能力指数；过程性能评价；波动； 偏态分布；时变性；过程输出分布 i i a b s t r a c t c o n t j n u a j j m p r o v e m e n to fa ”p r o c e s s e so ft h eo r 9 a n j z a t i o nj st h ec o r eo f m o d e mq u a i 时m a n a g e m e n tp h i i o s o p h yp r o s sc a p a b i t ya n a i y s i sa n d a s s e s s m e n ti sa nl m p o r 妇n ts t e pt oj m p r o v ep r o c e s sq u a i j 够b ya n a i y z i n ga n d a s s e s s i n gpr o l ：e s s 翰p a b i l 毗t h ep r o c e s ss t a t u s nb e 陀a i i z e d t h ea s p e c t n b ed e t e r m i n e da n dt h ei m p r 0 v i n gr e s u l t sc a nb ea s s e s s e d ，t oa c h i e v et h eg o a io f d e c r e a s i n g ，r e s t r a i nt h ev a 订a t i o n b a s e do nt h ed i s t i n g u i s h e dy o u n gs c h o i a r s “q u a i 耐m a n a g e m e n r ( 7 0 1 2 5 0 0 4 ) ，t h ep r o j e c i s 叮h er e s e a r c ho n 怕a i i z i n g t h e o r ya n dt e c h n o j o g yf r o mb a s j cs t a n d a r ds y s t e m t oa d 怕n c e ds t a n d a r d s y s t e m ”( 7 0 0 7 2 0 2 9 ) a n d叮h e 陀a i i z j n gt e c h n o i o g y a n d p e 晌r m a n a s s e s s m e n to fq u a l 时c o n t r o i nt i m e v a r j e t yd j s c r e t ep r o c e s s ”( 7 0 5 7 2 0 5 0 ) s p o n s o r e db yn a “o n a ln a t u r a is c i e n f o u n d a t i o n ，ad e e pr e s e a r c hi sm a d ei n t h ed i s s e r t a t i o ni nt h e 门e l e v a n tc o n t e n tt op r o c e s sc a p a b i t y t h em a i nw o r ka n d a c h i e v e m e n 协a r ea sf b a w s ： 1 t h e o r yb a s ea n ds t a “s t i c a ic h a 陷c t e ro fp r o c e s sc a p a b i t yi n d e x b a s e do nn e wa n do 旧q u a 拈t yi o s sf u n c j o n s ，t h ed e f i 九j t j o na n dt h e o r e 石c a l f o u n d a t j o no fs e v e r a ip r o s sc a p a b i i i t yi n d j s ( p c i ) a r ed i s c u s s e da n dt h e i r f e l a t j o n ，d j 舱r e n a n dc h a r a c t e f j s t j c 伦l a t e dt 0t h ed i s t r i b u t i o na r ec o m p r i s e d i t i sp o i n t e do u tt h a tt h ed i f l 色r e n tc h o i c eo fp c is h o w sd 矾e r e n tq u a l i t yp h i l o s o p h y a n dq u a i l t yg o a l c o n t r a c 【怕q u e s to re x c 冶e n tq u a l i 够t h ec o n c e p to fq u a t y i o s si n d e xi si n n i a i e d i na | i u s i o nt ob e i n gd i 仃i c u i tt om a k es u 怆t h ei o v 忙r c o n n d e n 1 m nw i t h o u tc o n f o m l t n gt h ed i s t 曲u t i o nf o r r n nm a n yp 旧c t i c a l p r o c e s so u t p u t s s o m en o n - p a r a m e t e lc o m p u t e r j db o o t s t 隔pa n a j y s j s m e t h o d si su s e da n dt h er e l e v a n tm a t l a bp r o g r a m sa 怆m p e d w 让hc p ka s as a m p i e ，t h er e j j a b t yo fd i f f 色r e n tb o o t s t r a pi o v 旧rc o n f j d e n c el i m 1 sa 伦 怆s e a r c hb yag r e a td e a io fs m u l a t i o n sw t hd j f f b 悖n td i s t r i b u t j o n 。p a 嗡m e t e ra n d s a m p i es i z e t h eb e s tb o o t s t 旧pm e t h o di sc o n f i r m e d nc a s eo fd j 何e 陀n ts a m p i e s j z e t h er e s u i ts h o w st h a tt h ep t bm e t h o df j t sb e t t e rt om o s td i s t n b u t i o n s t h e q u a i j t ym a n a g e 噶a l w a y sf o c u st oa ni m p o r i a n tc h a r a c t e ro fp c i 。t h e 旧a t i o n s b e 船e e nt h ec o n f o 耵冶n c ep r o p o r t i o na n dp c i s t h er e l a t i o nb e 陀e nt a g u c h i p c i s ( c p ma n dc p r n k ) a n dc o n f o n l l a n p r o p o m o na r ei u c u b r a t e d t h e i rf u n d i o n f o r n l u i aa n dd i a g 陷ma r es e tu pt op r o m o t et h eu s i n go ft a g u c h ji n d i c e sj n p 怕c l i c e i l i 2 p r o s s p a b i i 时a n a l y s i s ( p c a ) a n da s s e s s m e n t f o rs k e wp r o c e s s e s t h ec o m m o np c aw a ss e tu po nt h ea s s u m p t j o nt h a tp r o s so u t p u ti s n o r m a l i ti sd i 仟i c u l tt oi m p i e m e n tp c ai nt h ep r o s s e sw i t hs k e wd i s t r b u t i o n o nt h eb a s i so fs u m m i n gu pp c am e t h o d si nt h ep r o c e s s e sw i t hs k e w d i s t r i b u t i o n ，t h es t u d yw a sm a d ei nh oa s p e c t s f i r 蜕i st h a tt h eb o ) ( - c o xp o w e r t r a n s f o m l a t i o nm o d e ii su s e di nd a t at 怕n s f o m l a t i o no fp r o s sc a p a b i t y a n a i y s i si na u s i o nt om a n yn o n n e g a t i v ez e f o - b o u n d e dp r o c e s s e si nc h e m i c ， p h a r m a c ye t ci n d u s t n e s t h er e s u o fs i m u i a t j o nu s i n gl o g n o r m a id i s t r i b u t i o n s w i t hd i 仟e 旧n tp a r a m e t e 陷s h o wt h a tt h em e t h o dh a v eh i g h e ra p p i i c a b i “t ya n d r e a b i i i t yt ot h ed i s t r i b u t i o nw l t hd i f f e r e n ts k e w n e s sa n dk u n o s i s b e u s eo ft h e b u i ko f w vp c i 。an e ws v 、 ，p c i ss e tu pa sa m m o ns k e wp c ib a s e do n s c a i e dw e i g h t e dv a r i a n c e ( s w v ) m e t h o da n dc i e m e n ts k e wp c ip h i i o s o p h y t h ei n d e xi sv a i i d a l e db yt h er e s u l to fs 计n u i a t i o nu s i n g2 9d i 斤e n n tc o m b i n a t i o n s w i t hd i 仟e r e n ts k e wd i s t r b u t i o n sa n d 口a 陷m e t e r s 3 p r o c e s sc a p a b 时a n a l y s i s nc a s eo ft j m 争 ，a n e t yp r o s s e s o nab a c k g r o u n do fv a r i e t ya n da u t o m a t i z a t o na fp r o d u c t i o nt e c h n o i o gy ， t i m e - v a n e t ye i s t si nm o 陀p r o c e s so u t p u t s t h et i m e v a r i e t yi np c ah a sb e e n m o 陀f o c u so nb yq u a “t ye x p e n s t h eh ，oc a s e sa 怕i n v e s t i g a t e d t h ep e r i o d l c a d j u s t e dt i m e - v a r i e t yp r o c e s s e s a 怆 i n v e s t i g a t e d t h ec h a 陷c t e r i s t i co f c o m p o u n dd l s t r j b u t i o ni sr e s e a r c h e dw h j l et h epr i ) s so u t p u td r i f tj n n e a rm o d e t h ep r o p o r t i o nd e n s 时f u n c t i o ns y s t e m ，w h o s ev a r i a b i ei sa d j u s t e dc o e 衔c i e n t ， a n di t ss t a n d a r df o r mo ft h ed i s t r i b u t i o na r es e tu p n e wa n a i y s i sm e t h o da n d f o n t l u i aa r ei n i t i a t e dt oa d a p tt h ec a s e b e u s et h ed e v e i o p m e n to fa u o t c o n t r o i t e c h n o i o g yi np r o d u d i o ni e a d s t om o r ep r o c e s s e so u t p u ti sa u t o c o r r e l a t e d t h e e f f e c to fa u t o c o r r e l a t i o no np c aw a ss t u d i e dt h u g ht h es i m u i a t i o n ，b a s e do n s t a b i es t o c h a s t i cm o d e l smt i m e - s e n e sa n a l y s i st h e o r y t h e 怆s u l ts h o w st h a tt h e s a m p i i n gm e t h o d s u b - s a m p i es j z e a n dd e v i a t i o n e s t i m a t i n gm e t h o d s o f s t a n d a r ds t a 石s t c a lp r o s sc o n t r o im e t h o d h a v eg 陀a te f f e c t o np r o c e s s c a p a b i l 计yi nt h ea u t o r r e l a t e dp r o s s e s t h e r 陀i a t i o ns h o u l db ea n a l y z e d b e f o r ep c a t h ep r o c e s sc a p a b i | i t ya n a l y s i sa p p r o a c hm e t h o di si n i t i a t e d 4 t h ei n p u t se 仟e c to np r o c e s sc a p a b i i i t ya n a l y s i s t h ee f f e c to fp r o c e s si n p u ti s n tt a k e ni n t oa c c o u n ti nt h eu s u a lp r o c e s s c a p a b j i i t t ya n a l y s i s b u tt h ev a r i a “o no fp r o s si n p u ti st 怕n s f e r r e dt oo u t p u li n s o m em a n n e rt h ee 仟e c to fm p u ti si n t r o d u di n t op r o c e s sc a p a b t ya n a i y s i s b ya n a i y z i n gt h er e i a t i o nb e t w e e ni n p u ta n do u t p u to fp r o c e s s t h ei j n e a ra n d n o n - n e a r ( e x p o n e n t i a l ) p r o c e s sv a r i a t i o nt r a n s f e rm o d e i sw e r ed e v e l o p e da n d t h ee 仃e c t so fi n p u to np r o c e s s p a b i t yw a ss t u d i e d t h ed i s t r b u “o no ft h e i n p u t se 仟e c to np r o c e s s p a b i t ya n dv a n a n t r a n s f e rw a sr e s e a r c h e di n 们r s t t i m ew h e nt h e r ei sn o n f i n e a rr e i a t i o nb e t w e e ni n p u ta n do u t p u to fp r o c e s s 丁h e r e s u i ti n d i t e st h a tt h en o n 一n e a rr e i a t i o nm a k e sd j s t r b u t i o ni sn o tn o r m a ib u t h e a v yt a i l t h e s i m u i a t i o nr e s u 性s h o w st h e 陀i a t i o nb e m e e nt h ev a r i a n c e t 怕n s f e r r e dt oo u t p u ta n dm o d e ic o e 仟i c i e n ti sl i n e a rf o ra n yi n p u tv ar i a n c e s o ， t h er e i a t j o no fi n p u ta n do u t p u ts h o u l db ea n a l y z e di np c a 5 t h ee x t e n s i o nf r o m p r o c e s sp a b i t y a s s e s s m e n tt o p r o c e s s p e b r m a n c ee v a l u a t i o n t h ep r o c e s s p a b i i 时i saq u a i 晦c o n c e p ti nn a r r o ws e n s ea n dp r o c e s s p e b r n l a n c ei sq u a i 时n c e p ti nb r o a ds e n s e f o rb e 始rt oi m p l e m e n tt h e c o n t i n u a lp r o c e s si m p r 0 v e m e n t ，t h ep r o c e s sc a p a b i i t ya s s e s s m e n ti se x t e n d e d t op r o c e s sp e 哟肿a n c es ”t h e 1 c a l i ye v a l u a t i o n ，i n c i u d i n gc os t ，p 例u c t i v 耐a n d q u a t y t h ee v a l u a t i o n i n t r o d u o e dt h eb e n c h m a r l i n go fm u i t i - p r o c e s s e sb y d i f r e r e n tm o d e l so fd a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i s ( d e - a ) b a s e do nt h ee f f | c i e n c y v a i u ea n ds l a c kv ar i a b l eo fs o r t e dd ：a 九1 0 d e l ，t h ea p p r o a c hf b ri m p r o v i n ga n d a d j u s t i 九gt h ei n p u t sa n do u t p u t si sd i s c u s s e da n di u s t r a t e dt h r o u g hap r a c 石c a l c a s ei nm e c h a n i c a li n d u s t i y k e y w o r d s ：c o n t n u a iq u a i 时i m p r o v e m e n t ：p r o c e s sc a p a b i i 耐a n a i y s i s ：p r o c e s s c a p a b i l i t yi n d e ：p r o c e s sp e r f 6 r r t l a n c ee v a i u a t i o n ：v a r i a t i o n ：s k e wd j s t r i b u t i o n ： t i m e v a r i e t y ：d i s t 曲u t i o n to fp r o c e s so u t p u t v 西北工业大学 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，h q ： 问论文工作的知识产权单位属于砖北1 1 业大学。学校有 或机构送交论文的复印什和电子版。本人允汁论文微 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据阼进行检 印或扫描等复制手段保存年汇编本学位论文。同日 本人 论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为曲北l 保密论文待解密后适十| 本声明。 文， 经注 开发 的成 明。 学位论 研究生隹拨攻读学位删 权保留并向国家有父部 商睫和借阅。校可以 索，可以采川影印、缩 保让，毕业后结合学何 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声 是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。 明引用的内容和致谢的地 表或撰写过的研究成果， 果。对本文的研究做出重 方外，本论文不包含任何其 不包含本人或他人己申请学 要贡献的个人和集体，均己 明：所呈 尽我所知 他个人或 位或其它 在文中以 交的学何论 ，除文中已 集体已经公 用途使j i 过 明确方式标 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相天的法律责任。 学位论文作者签名 饥仍 年，月胆日 第一章绪论 1 1 选题背景及意义 第一章绪论 2 1 世纪对世界范围内所有企业来说都是一个快速变革的时代，对管理者和员 工来说也是一个挑战的时代。世界范围内的市场和经济竞争加剧，各种新技术、 信息体系的发展和快速的变革使组织和管理者应接不暇。随着外部环境的变化， 组织内部的变化也随之发生。管理理论、管理实践、雇员的作用以及组织结构等 都发生着迅速改变，而最具意义的变革也包括质量管理活动的推行，比如6 s l g m a 管理方法论等。管理者和研究者对质量和生产力的关系给以越来越多的重视。美 国著名质量管理专家j m j u r a n 指出，2 0 世纪盼生产率的世纪”载入史册，未来的 世纪将是。质量的世纪吨1 1 。质量与时间和成本一样成为企业生存与发展的主要制胜 因素1 2 l 。产品和服务的高质量，操作过程的低成本、生产过程的高效率，顾客满意 的新理念，从而使企业具有更大的竞争力网。但是，质量管理活动不仅仅需要质量 管理的思想、方法和手段，更需要有各种质量工程技术的支持，特别是统计质量 控制( s q c ) 技术【4 l 。 统计质量技术是根据产品质量的统计观点，运用数理统计学的方法，对实际 生产制造过程中的质量特性数据进行收集，分析和研究其统计特性，从而了解、 预测和监控过程的运行状态，发现和排除质量问题，从而达到控制、改进产品质 量的目的嘲。统计质量控制技术已经成为一个庞大的方法体系，包括了从产品设计、 产品实现、生产过程的分析和监控、产品检验等各个环节的统计技术和方法。而 所有这些统计技术和方法的基础都是质量工程的理论支柱波动理论。 1 1 1 过程和质量波动 国际上先进的质量管理理念已经从最初的质量。符合性”1 6 l 发展到必须在组织的 所有过程中减少质量波动的连续改进质量观念【7 】。顾客的需求和期望特别是质 量、价格和准时成为改进的一部分。连续过程质量改进则是新的质量管理思 想的核心。过程质量改进可以简单描述为，过程波动和完成时间的减少人们可 以通过使用过程改进工具逐步达到质量的最高目标一零错误，零缺陷。 西北工业大学博士学位论文 过程是一个基本概念，任何事物都可以用过程的概念加以分析。过程是一系 列关联的任务或活动。每一个过程都有一个输入( 供应商) 和输出( 顾客) 。过程 可以是内部的，或与外部顾客或供应商相联系。2 0 0 0 版i s 0 9 0 0 0 标准的最重要的 飞跃就是以过程的概念描述质量管理的全过程。组织的运作是通过过程来完成的。 系统的识别和管理组织所使用的过程，特别是过程之间的相互作用，被称为。过程 的方法一。 s h e w h a r i 在上世纪3 0 年代发现，一台被精确地安装的名牌高精度新机器用 于重复切削同样材料、同一尺寸直径的工件，但无法生产出同样尺寸直径的工件。 即便非常精密，每一个工件的直径也都将围绕一些平均尺寸发生变化，这些变化 就是过程的波动( v a r i a t i o n ) 。由于随机干扰因素是客观存在的或难以控制的，所 以由此产生的波动也是不可避免的。t a g u c h i 认为造成产品功能波动的原因可分为 三类f 9 】： 外部干扰外界环境变化引起的干扰： 内部干扰内在因素变化引起的干扰； 随机干扰各种随机性干扰原因，如人员、材料、设备、方法和环境 ( 5 m 1 e ) 嘲由于自身存在波动而引起的干扰。 所以，即使是同一个操作者在相同的条件下生产出的产品，其质量特性的测量值 也是不相同的。产品质量实际上取决于过程质量。，过程质量控制就是应用过程的 方法，通过对过程中各种影响因素的识别、分析和控制来实现产品质量的控制和 改进”o 】。实施过程质量控制和改进的基本环节可以用p d c a 循环描述如下，如图 1 1 所示。 图1 1 过程质量控制的p d c a 图 2 第一章绪论 对于过程质量控制和改进而言，过程的质量规划阶段主要涉及质量功能展开 ( q u a t yf u n c i i o nd e v e i o p m en l q f d ) 、质量计划工具( q u a t yp i a n n i n g ) 、试 验设计( d j g no fe x p e e n c e d o e ) 等统计技术；质量实现和质量改进主要是 通过设备、工艺等的实现和改进；分析和监测阶段主要涉及过程质量控制( s l a t i s t i c p r o c e s sc a p a b i l 吼s p c ) l ”1 z j 、过程能力分析( p r o s sc a p a b i i 哼a 门a i y s i s ， p c a ) 和测量系统分析( m e a s u r e m e n ts y g l e ma 舱i y s i s ，m s a ) 等技术。其中， 过程能力分析是进行连续过程改进的最重要的分析和评价手段。 1 1 2 过程能力及其评价指数 随着工业进步和质量管理科学的发展，过程能力的研究逐渐得到重视和发展。 从上世纪8 0 年代，判断过程具有能力与否的理论框架被建立起来，相关的过程分 析技术和评价体系也得到迅猛发展【。 ， 过程能力分析最早在1 9 8 9 年开始被f o r d 和m o t o r o i a 所采用【1 4 l 。而后，在 1 9 9 1 年a l a g 制订的汽车行业质量管理标准q s 9 0 0 0 中，过程能力分析成为对内 部生产体系和供应商进行评估的一个重要方法，使之在全球工业界得到巨大的推 广，在促进质量保证、降低成本以及提高顾客满意度等方面发挥了巨大的作用。 在美国波音公司通过几十年的质量管理实践总结出的，以连续质量改进的管理哲 学和理论为基础，以统计控制技术为核心的先进质量管理体系( a d v a n c eq u a i i i y s y s l e m ，a q s ) 中，过程能力分析也被作为过程质量波动研究的重要工具【13 l 。由 于过程能力分析能够更合理、更全面地分析和反映系统和随机因素对过程输出的 影响，过程能力分析作为6 s i g m a 管理方法论中的核心工具之一，成为过程质量 的测定和改进的重要工到1 5 1 。d e i e r y d 曾总结了过程能力分析的1 3 种用途1 1 q ，其 中，最核心功效在于它是组织进行过程评价和改进的基础。 任何过程都必然存在输出，无论其输出的样本多少，都存在确定的分布【1 ”， 只是人们是否能够发现而已。由于过程输出的分布形式和机理的不同，过程能力 分析和评价方法的特点也是不同的。过程能力分析是通过统计学方法进行研究， 每一种指数都是对过程输出的期望值和方差等统计特性进行分析和比较的，其分 析的基础是数理统计学中相关的统计方法和分布理论l 懈。为充分理解过程能力分 析的含义，必须对概率论和数理统计方法有基本理解。 ， 产品质量的波动大小是过程的内在能力所决定的，它是构成过程的6 大要素 ( 5 m 1 e ) 作用于产品质量的综合反映【5 】。波动大小通常是过程处于稳定状态的过 程输出所形成分布的标准差。来表示，它也是过程能力的度量基础。通常人们使 用质量特性分布的6 倍标准差( 6 0 ) 来表示过程能力( 如图1 1 所示) 。因此，过 西北工业大学博士学位论文 程能力代表了过程输出所能达到的质量水平。任何给定的过程输出或产品，都有 一个或多个质量特性，通过测量、收集这些质量特性的数据可以分析过程的能力， 反过来，通过过程能力分析的结果可以对过程进行改进”射。 图1 - 1 过程能力示意图 为便于说明，在本文中u s l 、l s l 表示上下公差限，m 和t 分别为公差中心和设 计目标值，u 和。为过程输出分布的均值和标准差。 准确地说，进行过程能力分析的目的是研究过程输出满足技术或其他需求( 通 称顾客声音) 的能力3 j 。为直观地反映过程能力评价的结果，引入了的无量纲单 指数的度量评价指标过程能力指数( p r o c e s sc a p a b l l 时i n d e x p c i ) ，它为衡 量实际的过程输出满足质量需求的能力提供了一个易于理解的术语，其总的形式 可以表示为 。，过程输出的技术和其他需求( 顾客声音) 过程输出实际的散布 过程能力指数解决的是如何简洁地表述在完成过程能力分析之后发现了什么。正 是对简洁的寻求才导致了过程能力指数的创立和使用，这也是出于建立一个简单 的、数字化的、无量纲的评价指标的需求。有了这样一个无量纲的评价指标，企 业就可以建立数字化目标，也能够对不同产品和过程的表现进行判断和分析，象 生活中许多事一样，信息越简单，效果可能就越好。也就是说，过程能力指数试 图提供一个过程满足质量特性的特定需求的能力的单指数评价指标”川。 但是，过程能力分析并不仅仅是计算一个指数，它还包括许多内容。过程能 力分析的运用几乎和控制图和监控一样悠久。过程控制建立起来以后，就要评估 其能力。评估实质上是根据工程需要，比较数据或模型的分布，特别是工程规范。 如果认为过程是有能力的，那么过程就要继续运用统计过程控制方法，相反，如 果认为过程没有能力，即它所生产的是无法接受的、不符合规格的产品，那么这 个过程就要进行改进，以获得一个可以接受的、有能力和可控的过程输出。过程 能力分析的核心是通过分析了解过程能力的状况，以过程能力指数这一量化方式 4 第一章绪论 为决策者提供简洁的判断依据。事实上，过程能力指数己经摩托罗拉公司、通用 电器公司、德州仪器公司、惠普公司、施乐公司等世界最优秀的企业均采用。6 0 - 控制方式，即要求c 口= 2 和c p k 1 5 ，成功地实施了6 s i g m a 质量管理战略1 2 0 l 。 过程能力指数在国内也被称为“工序能力指数”，这一提法过于狭窄。 “p r o c e s s ”不仅是生产过程，也包括其他过程，如测量、服务、管理等过程，是 组织的全方位过程管理。因此，过程能力指数可以并且已经超出了生产过程的范 畴，扩展到了其它领域，国外一些学者将过程能力指数用于评价服务过程能力。 在全球生产服务一体化的新条件下，应与国际致，统称为“过程能力指数”这 样更易于对过程能力指数的准确理解，并广泛运用于各种过程能力评价领域。 1 1 3 过程能力分析及其步骤 经过几十年的发展，无论从理论到实践，过程能力分析的理论框架围绕着其 分析结论过程能力指数被建立起来。过程能力分析过程是一个系统过程，包 括：1 ) 确定过程处于统计控制状态和2 ) 估计过程能力，然后和公差比较，得到 相应的结果( 计算过程能力指数) 。 ，+ 传统上，为准确地进行过程能力分析并得到适当的结果，必须满足以下的一 些条件【2 1 l 才能进行： 合格的测量装置； 过程处于统计过程控制状态； 连续的数据收集； 使用置信区间； 几种过程能力指数同时运用； 过程输出分布的检验。 基本的过程能力分析过程包括了许多步骤，而在实际过程能力分析中，人们 往往并没有傲到这些，只是简单地计算过程能力指数。过程能力分析的步骤可以 通过一个流程图表示出来，如图2 1 所示。 。 为提供一个清晰完整的分析过程，对图2 1 进行说明如下： 1 、当需要对过程进行能力分析时，需要进行对过程进行定义。明确分析目的 需要注意的是，任何过程的产品或输出都应确定一个或几个关键特性，而没有必 要对所有的质量特性进行分析【2 2 l 。 2 、过程分析是过程能力分析最重要的步骤之一。进行过程分析的目的是了解 过程的本质和特性，了解生产时间、计划、调整等相关情况，确定过程是否存在 系统性的影响因素以及输入输出的关系、测量设备与被测质量特性的关系等等。 西北工业大学博士学位论文 3 、测量系统分析( m s a ) 对于整个统计过程技术来说都是重要的，因为，统 计过程技术的基础在于数据，测量误差直接影响了统计过程技术的使用。测量也 是一个过程，其输出也存在波动。测量系统分析主要是偏倚和g r r 的分析，学 者们已为此进行了大量的研究【2 3 】【2 4 】，而且，a i a g 在q s 9 0 0 0 中也对此进行了规 范【2 5 1 。 4 、在进行抽样之前，应根据过程分析的资料确定包括抽样间隔、样本尺寸、 抽样时间等在内的抽样计划f 2 6 】【2 7 l 。抽样计划必须使测量数据能够完整、正确地反 映过程输出。由于过程能力分析的前提是过程输出处于统计控制状态，因此，在 抽样计划的制定应同时考虑控制图的采样。 图2 - 1 过程能力分析流程图 5 、数据采集应按照计划进行，并注意诸如测量数据的分布特性、相关性、过 程存在周期调整等因素对采样的影响【2 8 】。 6 、判断过程是否满足统计控制状态可以选用适当的控制图技术。控制图技术 与过程能力分析是连续过程改进的两个部分。其关系如下图所示。 图2 2 连续过程改进中过程能力分析与过程监控的关系 6 第一章绪论 7 、当过程输出没有出与统计控制状态，就需要判断和分析过程中存在的系统 因素是否可控。如果存在不可控系统因素，则表明过程不稳定需要对过程进行检 查分析查找干扰原因，过程能力分析必须停止。