SPC理论与实战(保密).ppt

StatisticalProcessControl 统计过程控制SPC 背壳的加工工艺 3 SPC的发展 二战前 二战中 二战后 质量管理 检验抓质量 把好检验关只能发现和剔除不合格品损失已大量造成补救措施 亡羊补牢 内部损失和售后投诉索赔企业不堪重负1924年美国瓦尔特 休哈特博士控制图产生为SPC的起源标志 美国战时质量管理标准军品的质量和及时交付 五十年代以来SPC在日本工业界的大量推广应用日本崛起八十年代以后大公司积极推广应用对供应商也提出了相应要求ISO9000 QS9000及六西格玛管理今天计算机及专用软件推广SPC选才真正全面狂热起来 高质量 低成本 短周期呼唤出SPC 并推动着其不断完善 起源非凡 牛刀小试 大放光芒 前言 第一章SPC基础概念两种控制模型变差与分布产生变差的特殊原因和普通原因 带着问题交流 合格 不合格稳定 不稳定有能力 没有能力 产品资料符合性 过程受到的影响 始终生产合格产品 SPC基础知识 过程控制的需要检测 容忍浪费预防 避免浪费通过生产来制造产品 通过质量控制来检查最终产品并剔除不符合规范的产品 在管理部门则经常靠检查或重新检查工作来找出错误 在这两种情况下都是使用检测的方法 这种方法是浪费的 因为它允许将时间和材料投入到生产不一定有用的产品或服务中 一种在第一步就可以避免生产无用的输出 从而避免浪费的更有效的方法是 预防 SPC基础知识 SPC基础知识 检查表 散点图 鱼骨图 流程图 柏拉图 直方图 控制图 七大质量工具 缺陷检测过程控制模型 控制策略 控制输出 事后把关 工作方式融入所有的资源 合格 顾客 返修 能返修 报废 隐藏浪费 是 否 能 不能 人机料法测环 输入 过程 系统 输出 工作方式融入所有的资源 人机料法测环 具有反馈的控制模型 控制策略 控制过程 预防缺陷 产品或是服务 顾客 识别顾客不断改变的需求和期望 统计方法 输入 过程 系统 输出 顾客的声音 过程的声音 一次下线合格 两种控制模式的比较 NG NG NG NG NG NG ACTION ACTION ACTION ACTION ACTION ACTION ACTION ACTION 质量活动需要实施和支持 否则只是空壳 NG 变差因为过程中存在变差源 5M1E 这种差异的大小 影响整个过程 所以即使是同一过程生产出来的产品或是特性 都不可能完全相同 人 机 测 环 法 料 变差 分布 每个零件的尺寸都是互不相同的 若制造过程稳定 那么它们将形成一个分布 正态 变差 分布 不同因素会影响的分布 形成以下几种情况 中心位置 分布宽度 曲线形状 变差的普通原因和特殊原因 普通原因如果过程仅因普通原因产生了变差 那么随着时间的推移 过程的输出形成一个稳定的分布且可预测 这样的过程是受控的 对过程影响约占85 需要对系统采取措施需要管理层授权才可以消除影响每一个该过程产生的零件 系统措施 变差的普通原因和特殊原因 特殊原因如果过程存在特殊原因 那么即使随着时间的推移 过程的输出也无法形成一个稳定的分布且不可预测 这样的过程是不受控的 对过程影响约占15 需要采取一些局部措施即可消除通过作业者的行动就可以消除不影响每一个该过程产生的零件 局部措施 普通原因的过程状态 仅存在变差普通原因 分布稳定 呈现正态 过程是统计受控的 过程是可预测的 如果过程仅因普通原因产生了变差 过程的输出形成一个稳定的分布且可预测 这样的过程是受控的 特殊原因的过程状态 存在变差特殊原因 分布不稳定 偏离正态 过程是不受控的 过程是不可预测的 如果过程存在特殊原因 过程的输出也无法形成一个稳定的分布且不可预测 过程是不受控的 控制图可以检出 20 品质成本 为达成与维持某种品质水准而支出的一切成本 和因为不能达到水准而发生的成本损失 统称为品质成本 费根堡倡导全面质量管理理念的第一人 品质管理缺陷所发生的损失 品质成本分类 品质与成本 24 时刻记得成本 存在一个最优的质量水平 在此之外 质量改进的成本超过减少缺陷数的预期成本效益 成本用于 内外部损失及间接品质损失 成本用于 预防及检测 设备 改进产品 改进过程 第二章SPC抽样策略 26 抽样计划 主要构成抽样大小 样本包含的零件数抽样频率 抽样的时间间隔 多长时间抽一次样抽样类型 连续 随机 结构化的计划用于测量或监控的特性或参数 抽样应满足1 迅速的发现过程或产品的变化 并且尽可能的经济 需与传递到顾客处的风险相比较 2 提供可靠的 具代表性的数据作为采取过程措施决定的主要要素3 提供数据用于做控制图以回答关于过程的正确问题4 作为控制计划的主要组成部分之一 对于不受控的情况 在控制计划的 反应计划 一栏还需根据抽样计划制定围堵措施或策略 抽样的一般程序确定抽样总体 确定大小 确定取样范围 抽取样本 评估样本的代表性 27 抽样计划是控制计划的重要组成部分 CP中的反应计划需制订出产生异常后的围堵措施 28 抽样大小 作为计量型数据通用抽样准则 推荐至少4或5个的连续样本为一个子组 因为 1 抽样成本较低2 更容易使用极差图3 过程在抽样时出现的变化较小4 在抽取25组样本时足够使大多数过程呈现正太分布 没有固定而快捷的准则来衡量过程的抽样大小 29 计数型数据抽样大小公式 n 需要的样本大小c 置信水平R 预估的过程合格率 对于计数型数据样本容量 一般不少于500 20 25组 每组至少25个数据 30 抽样频率 类似抽样大小 抽样频率也没有一个 固定而快捷 的准则 但可以按照以下因素考虑决定抽样频率 原材料 工具 工艺 操作者和环境的变化 对采取高 或低 抽样频率的建议 过程稳定性 过程关重特性 生产技术特性 工装寿命 抽样成本 置信水平 31 抽样类型 S1 S2 S3 S4 输入 联合输出 方法1 每个子组是从每个生产流获得的一个或多个测量值组成 这种分组方法是有重叠的 方法2 分别从每个生产流中收集数据 一个子组仅由从一条生产流中获得的测量值组成 方法3 每个子组是从所有生产流的联合输出中获得的测量组成 理解子组内和子组间的变差原因对理解控制图和过程变差是最重要的 大多计量型数据用控制图可将子组内的变差与子组间的变差相比 因此 在解释控制图形成子组时 重要的是理解影响过程结果的变差可能的原因 32 抽样的疑惑 传统的全数检验 合理的抽样检验 最能为质量持续改进提供依据的是 成本 误差 结果 检测人力生产效率 量具磨损工作误差 准确度代表性 抽样检验 更加的经济 更高的准确性 更具代表性 当抽取样本能够代替整个过程状态 代表误差在允许范围内时 第三章控制图介绍计量型和计数型控制图判异原则MINITAB中控制图的应用 控制图介绍 什么是控制图控制图 ControlChar 是对过程质量特性值进行测量 记录 评估和监察过程是否处于受控状态的一种用统计方法设计的图 控制图介绍 中心线 CL ControlLine 上控制线 UCL UpperControlLine 下控制线 LCL LowerControlLine 控制图的组成部分 非任意变化区域 观测序号 观测值 任意变化区域 观测点10 非任意变化区域 观测序号 观测值 任意变化区域 LCL 3s UCL 3s 均值 99 73 控制图的组成部分 处于受控状态的生产过程 若以 3 原则确定控制界限 那么再抽样检验中 将有99 73 的质量特性值或质量特性值的统计量落在控制界限之内 任意变化区域 而落在控制界限之外的概率为0 27 是一个小概率事件 控制图补充说明 控制限 统计控制限均值 3个标准偏差 它是在过程受控时进行设定的固定在基准值过程改变了就要做调整决不会变宽 控制限同公差带不相关 受控 过程变化的一个统计术语 在均值的3倍标准偏差之内 它是任意的没有原因的 它不呈现某种运行趋势 它不呈现某种趋势 偶然原因变化导致 正常 独立处理 过程 过程的声音 测量 否 调整 是 交付 客户 控制图的应用 控制图分类 数据 是能够客观地反映事实的资料和数字 数据的质量特性值分为 计量值可以用量具 仪表等进行测量而得出的连续性数值 可以出现小数 计数值不能用量具 仪表来度量的非连续性的正整数值 计量型数据的控制图Xbar R图 均值 极差图 Xbar S图 均值 标准差图 I MR图 单值 移动极差图 中位数图 计数型数据的控制图P图 不合格品率图 np图 不合格品数图 c图 不合格数图 u图 单位产品不合格数图 控制图分类 控制图选择 确定要制图的特性指标 数据是变量数据吗 是对不合格品感兴趣吗 样本量恒定吗 样本量恒定吗 数据本身都一致或者是不益于分组采样吗 子组均值能被确定吗 子组样本大于或是等于9吗 每个子组都有计算 s 的能力吗 使用I MR图 使用NP图或是p图 使用p图 使用C图 使用u图 使用中位数值图 使用Xbar R图 是对缺陷感兴趣吗 使用Xbar R图 使用Xbar S图 不是 不是 不是 不是 不是 不是 没有 不是 是 是 是 是 有 是 是 是 是 计量型控制图 Xbar R 最常用的计量型控制图是X控制图和R控制图 经常上下对应的画在一起的综合控制图 X控制图主要观察工序平均值X的变化 R控制图主要观察工序散差的变化 由于两图同时使用 既可观察各组平均值的变化 又能观察到整体分布的变化情况 X R控制图最适合于产品产量较大且稳定的生产过程 Xbar R控制图的操作步骤 确定对象 抽取数据 收集25个样本 每个含5个数据 计算样本的X和R 计算所有数据的X和R 计算R图的控制线 X图的控制线 将数据在图中打点并作图 计量型控制图 A2 D3和D4是休哈特控制常数 4 3 R R UCLDR LCLDR 确定Xbar R图的上下控制线 MINITAB操作演示 计量型控制图 I MR单值 移动极差图I MR图是针对相同数据的两个单独的图形 I图是单值图 MR图是移动极差图 I MR图对趋势 循环和模式是敏感的 当子组变差为零或没有子组存在时使用它破坏性测试成批处理 I MR和单值图 每隔一个小时 STA就会测一次钣金的焊接强度 过程受控吗 由于数据是单值 因此将要使用I MR图 这是破坏性测试的一个例子 画I MR图 E2 D3和D4是休哈特控制常数 确定I MRUCL和LCL MINITAB操作演示 np 图测量不合格品比例使用二项式分布好 坏 接收 拒收 是 否每个比例值是样本的子组需要很多个子组 最少50 子组样本容量恒定控制限将保持不变为了分析合理 需要20或是更多的子组数 np 图 采购部每天检查125个采购订单 并记录了对应的不合订单的数量 订单输入过程受控吗 由于针对不合格品的子组样本量恒定 那么就是使用np 图 u 图确定缺陷的数量使用泊松分布好 坏 接收 拒收 是 否每个统计就是样本的一个子组子组样本容量可能变化控制限可能变化为了利于分析 建议需要20或更多的子组数 u 图 经过某一工序 加工 后 对塑料制品统计缺陷数 在长度上是不确定的 过程受控吗 由于加工长度不恒定 缺陷数有一个变化的机会区域 那么使用的是u 图 关注缺陷零件数np图用于监测不合格品数量 要求子组容量恒定p图用于监测不合格品的比例 子组容量可以是变化的一般可用于通 止规 合格 不合格数量 车辆漏水检测 线束通断等离散型缺陷数量的数据收集分析关注缺陷数c图用于监测每个单位上的不合格数 要求子组容量恒定u图用于监测不合格数 子组容量可以是变化的一般可用于玻璃上的气泡数量评价 油漆缺陷 零件外观缺陷点等针对每个零件上的缺陷数量的数据收集分析上 57 2s 4s 6s A C C B B A LCL UCL 在控制限之外的任何点9个连续的点在中心线的同一边6个连续的点连续上升或下降3个点中有2个都在A区或之外5个点中有4个都在B区或之外14个连续的点交互上升和下降15个连续的点在任一个C区连续8个点距中心线的距离大于1个标准差 任意一侧 TestsproposedbyLloydNelson 1984 andusedbyMINITAB forrunandtrendanalysis 控制图判异原则 Nelson测试特殊原因 Nelson在控制限之外的任何点9个连续的点在中心线的同一边6个连续的点连续上升或下降3个点中有2个都在A区或之外5个点中有4个都在B区或之外14个连续的点交互上升和下降15个连续的点在任一个C区连续8个点距中心线的距离大于1个标准差 任意一侧 错误警报率0 0027大约0 003大约0 0030 003050 0043大约0 004大约0 003大约0 003 Nelson的所有测试错误警报率基本相同 WesternElectric规则没有这个特性 控制图判异原则 Nelson测试1 规则1 超出控制限之外的任意点 A B C C B A Nelson测试2 规则2 9个连续的点在中心线的同一边 连续7点位于中心线一侧 A B C C B A Nelson测试3 规则3 6个连续的点连续上升或下降 A B C C B A Nelson测试4 规则4 2 3的点距中心线的距离超过2个标准差 同一侧 A B C C B A Nelson测试5 规则5 4 5的点距中心线的距离超过1个标准差 同一侧 Nelson测试6 规则6 14个连续的点交互上升和下降 A B C C B A Nelson测试7 规则7 连续15个点排列在中心线1个标准差范围内 任一侧 A B C C B A Nelson测试8 规则8 连续8个点距中心线的距离大于1个标准差 任一侧 A B C C B A 67 判异熟练度 国家统计局统计上海市平均身高为178cm 最高192cm 最低165cm 数据纯属虚构 控制限外 控制限外 3个点中有2个都在A区或之外 第四章过程控制及过程能力正态检验过程能力及过程性能正态数据的过程能力非正态数据的过程能力 过程控制与过程能力 过程控制系统的目的是 消除特殊原因 对当前和将来的过程状况进行预测 在过程控制当中 存在两种风险 1 控制过多 第一类风险 2 控制不足 第二类风险 当过程中仅存在普通原因时 过程统计受控 当过程存在特殊原因时 过程控制系统将会提供统计信号 那么就应该对特殊原因采取相应的行动 如果对过程有害 就去除掉 如果对过程有益 使他们长期保留 过程控制系统不是一时的评价工具 它真正的好处是应该作为一种持续学习的工具 过程控制与过程能力 变量数据 总体近似服从正态分布 1 过程能力 ProcessCapability 2 过程性能 ProcessPerformance 长期过程数据 短期过程数据 能力 性能 当一个过程受控 输出是一致的并且只有普通原因造成的变差 不会有特殊原因造成的变差出现 但是 一个受控的过程并不意味着会生产出符合规范的产品或服务 规范限不同于控制限 规范是用于判定指定特性的接受能力的工程要求 规范限直接反映或包含顾客 内部或外部 要求和期望 控制限可能高于或低于规范限 过程能力也不同于过程控制 过程能力展示了与规范或顾客要求相关的过程性能或输出 一个在规范内的过程可以被认为比不在规范内的过程更有能力 控制限与工程规范限 过程控制及过程能力 满足要求 控制 可能需要稳定 需要稳定 减小变差 和 或者均值需要移动 需要减小变差 和 或是均值需要移动 O P O O 1 2 3 4 1 3 过程统计受控且有能力满足公差的要求 是可接受的 84 过程不受控 但是落在公差范围内 是可接受的 过程控制及过程能力 过程控制及过程能力 过程统计受控且落在控制限内 但是超出了公差范围且偏离了目标值 是不可接受的 85 过程统计受控且落在控制限内 虽然在目标中心但是却超出了公差范围 是不可接受的 2 2 过程控制及过程能力 85 过程落在控制限外 不受控 并且超出了公差范围和偏离了目标值 是不可接受的 86 过程不受控且落在控制限外 虽然在目标中心但是却超出了公差范围 是不可接受的 4 4 1 2 3 4 68 27 95 45 99 73 99 99 如果数据呈现正态分布 就可以通过计算来预知过程的输出对预见性的测量可以得到合格产品与不合格产品之比 正态分布与高斯分布百分比 正态检验 工具 直方图 显示数据的分布情况 正态检验 工具 散点图 正态的可能性判断 正态检验 工具 P值P Value用于Anderson Darling正态检验用假设检验的方法判断是否符合正态分布如果p 0 05 数据就可能不是正态分布 正态检验 工具 判断是否正态分布的规则 至少需要30个数据点通常数据量越大 通过以上工具检验一个过程是否符合正态分布得到的结论越准确 正态检验 直方图 正态检验 散点图 正态可能性检验 P值小于0 05 不是正态分布 子组内 Within 变差 c或 R d2 仅来自子组内的变差 如果过程统计受控 该变差是过程固有变差很好的估计 它可以通过控制图R d2或S C4来估计 SPC变差的类型 组内变差 组间变差 总变差 SPC变差的类型 组内变差 组间变差 总变差 指不同子组间的变差 假设过程统计受控 子组间变差应该为零 SPC变差的类型 组内变差 组间变差 总变差 子组间 Between 变差 SPC变差的类型 组内变差 组间变差 总变差 由子组内变差和子组间变差共同组成 如果过程不是统计受控 过程总变差包括特殊原因和普通原因的影响 该变差可以用样本的标准差s估计 用控制图或过程研究中的所有单值读数 SPC变差的类型 组内变差 组间变差 总变差 过程总 Overall 变差 p或 s SPC变差的类型 组内变差 组间变差 总变差 Cpk Ppk与变差的关系 不同的过程能力指标意味什么 Cp Cpk和Pp Ppk公式 对于Cpk和Ppk 取其中的最小值 关于重新计算 设定 控制限和Cp Cpk 短期能力指标 长期能力指标 能力指标 LSL USL T VOC 不确定的 理解CP 过程能力 顾客声音 过程声音 Cp 分布宽度 公差带 Cp不受过程分布位置的影响 对中性 并且只用于计算双边公差 对于单边公差是没有意义的 根据经验 在正态分布中 大约99 7 的数据落在正负3个标准差内 因此 过程的分布宽度可以近似的看作6个标准差范围 R d2是标准差的估算公式 6 R d2 即用6倍标准差评估过程宽度 d2 基于子组大小的常数 理解CP 我们用Cp理解持续的过程潜在能力 与过程的对中性无关 目的是通过减少过程变差 使过程即使在对中程度有轻微偏移情况下也有能力满足顾客要求 理解CP Cp指标评价的只是潜在的过程能力 不是实际的过程能力 因为Cp只考虑了过程变差而忽略了过程的对中性 过程变差与过程对中性是不同的过程概念 一般结合Cp与Cpk分析过程能力 理解CPK Cpk指标显示了实际的过程能力 同时考虑了过程对中性及过程变差 该指标直接的展示了过程能力是否满足顾客要求 Cpk 1 33不能满足Cpk 1 33满足 也可以结合使用Cpk与Cp来预知潜在过程能力 随着时间趋势测量持续改进区分过程改进的优先顺序 Cpk Cp 只有在过程对中的情况下Cpk Cp 单边公差和双边公差都可以计算Cpk 理解PP Pp指标显示了潜在过程性能 Pp不受过程分布位置的影响 对中性 并且只用于计算双边公差 对于单边公差是没有意义的 Pp的计算类似Cp 不同的是采用单个数据的标准差 不存在子组 理解PP 我们用Pp理解潜在过程性能 显示了总的过程分布宽度与工程规范之间的比较 当总的过程变差减小时 Pp就会增大 Pp不同于Cp的地方1 评估的变差不同Cp是使用子组内变差均值R和转换因子 d2 来评估标准差 只评估了子组内的变差 没有考虑子组间的变差 Pp采用单个数据来计算标准差 评估了总的过程变差 包括子组内的与子组间的变差 2 数据来源不同Cp采用有间隔的子组抽样数据Pp采用连续取样的单个数据 用于量产前的过程性能评估 Pp指标评价的只是潜在的过程性能 不是实际的过程性能 因为Pp只考虑了总的过程变差而忽略了过程的对中性 理解PPK Ppk指标显示了实际的过程性能 同时考虑了过程对中性及过程总变差 该指标直接的展示了过程性能是否满足顾客要求 Ppk 1 67不能满足Ppk 1 67满足 一般结合使用Ppk与Pp来评价过程性能 但是不能用于预知过程性能 Ppk Pp 只有在过程对中的情况下Ppk Pp 单边公差和双边公差都可以计算Ppk Pp与Cp PPK与CPK 当Pp与Cp 或Ppk与Cpk近似相等时 子组间的变差最小当Pp与Cp 或Ppk与Cpk差异较大时 子组间的变差为主要影响因素 用MINITAB计算正态数据的过程能力Cp Cpk 用MINITAB计算正态数据的过程能力Cp Cpk 1 选择统计 质量工具 能力分析 正态2 在Singlecolumn中选择数据C1 在SubgroupSize中填写53 在Lowerspec 输入1 3 在Upperspec 输入1 84 点击Options 在Target addsCpmtotable 输入1 55 去掉Overallanalysis前面的 点击对话框中的OK 用MINITAB计算正态数据的过程能力Cp Cpk 用MINITAB计算正态数据的过程能力Pp Ppk 1 选择统计 质量工具 能力分析 正态2 在Singlecolumn中选择数据C1 在SubgroupSize中填写53 在Lowerspec 输入1 3 在Upperspec 输入1 84 点击Options 在Target addsCpmtotable 输入1 55 去掉Withinsubgroupanalysis前面的 点击对话框中的OK 用MINITAB计算正态数据的过程能力Pp Ppk 非正态数据的过程能力 第1步 确保过程受控 首先 必须判断过程是否受控和稳定 如果不是 应识别并消除特殊原因 使过程受控和稳定 使用不稳定和不能随时间再现的数据将导致计算出错误的过程能力指标 第2步 正态检验 其次 必须对数据做正态检验以判定是否呈正态分布 如果不是 需要通过分析样本容量是否足够大 数据是否来源于不同的设备等原因进一步确定正态分布的可能性 则需要对数据做正态转换 非正态数据的过程能力 第3步 执行数据转换 使用Box Cox转换函数将非正态数据转换为正态数据 Box Cox转换函数的目的是识别出 值并使用公式Y Y代表非正态数据 将非正态数据转换为正态数据 第4步 请教SPC或质量专家 在某些情况下 Box Cox转换函数不能将有些非正态数据转换为正态数据 这就需要请教SPC或质量专家应用更高级的统计方法来确定过程能力 例如使用指数分布或对数分布等方法 转换函数并不总是有效 因此在使用转换后的数据计算过程能力前 还需要对转换后的数据做正态检验 用MINITAB计算非正态数据过程能力 1 选择 控制图 Box Cox变换2 选择Allobservationsforachartareinonecolumn 然后输入C1 3 在Subgroupsizes中输入54 选择Options 在Storetransformeddatain 输入C2 然后在每个对话框中都点击OK 由Minitab优选一个 用MINITAB计算非正态数据过程能力 5 对转换后的数据进行正态检验6 计算过程能力 需要在CapabilityAnalysis NormalDistribution 对话框中激活Box Cox选项 Cp Cpk与Pp Ppk总结 Cp Cpk使用有间隔的抽样数据 一般用于量产后 Pp Ppk使用连续采样数据 一般用于量产前的过程研究 Cp Cpk计算要求过程稳定 统计受控并且符合正态分布Cp Cpk使用极差的平均来计算过程标准差Cp Cpk可以使用一组数据尝试预知过程的固有变差 仅仅包含普通原因变差 Cp Cpk与Pp Ppk总结 Pp Ppk使用样本的单个数据点代替极差的平均来计算过程的标准差 Pp Ppk是过程性能的展示 反映了总的过程样本的历史纪录 并且包含普通原因和特殊原因变差 但是不能分别区分这两种变差 Pp Ppk不用于持续改进或预知过程表现Pp Ppk可以从控制图或过程研究中求得 初始过程能力Ppk 初始过程能力与顾客要求相关的过程能力的短期评估获得新的或变更后的过程的早期信息 方法收集合理的数据 一般子组 20 每组至少3到5个测量数据 连续采样或有间隔的采样 绘制控制图检验测量数据的分布计算Ppk 要求稳定的过程如果Ppk 1 67 通常认可可以运用采样策略开始生产如果Pp 1 67但是Ppk 1 67 调整过程使之靠近目标值 持续过程能力Cpk 持续过程能力与顾客要求相关的过程能力的长期评估适用产品 过程CC SC 方法收集合理的数据 一般子组 20 每组至少3到5个测量数据 连续采样或有间隔的采样 绘制控制图过程必须统计受控检验测量数据的分布计算Ppk 要求稳定的