5第5章工序过程能力分析ppt课件.ppt

1 第五章工序 过程 能力分析 5 1质量波动 5 2基本概念 5 3过程能力指数的计算 5 4过程能力的评价与处置 5 5过程能力调查 2 5 1质量波动 一 质量波动及其原因二 质量波动的统计规律三 工序 过程 质量的两种状态四 工序 过程 控制的基本要求五 工序 过程 控制的基本过程 3 一 质量波动及其原因 质量差异是生产制造过程的固有本质 质量的波动具有客观必然性 工序质量控制的任务 是要把质量特性值控制在规定的波动范围内 使工序处于受控状态 能稳定地生产合格品 从引起质量波动的原因的性质来看 可分为 1 偶然性波动 chanceofcauseofvariation 2 系统性波动 assignableofcauseofvariation 4 质量波动及其原因 从引起质量波动的原因的性质来看 可分为 偶然性波动偶然性波动由大量的 微小的不可控因素的作用而引起 这种波动具有随机性 偶然性的波动称为正常波动 工序质量控制的任务是使正常波动维持在适度的范围内 系统性波动系统性波动由少量的 但较显著的可控因素的作用而引起 这种波动不具有随机性 系统性的波动称为异常波动 工序质量控制的任务是及时发现异常波动 查明原因 采取有效的技术组织消除系统性波动 使生产过程重新回到受控状态 5 质量波动及其原因 偶然性波动 系统性波动 偶然性波动 系统性波动 转化 相对的 6 质量波动及其原因 操作者 材料 机器设备 工艺方法 工序质量是诸多因素的综合作用 将影响工序质量的因素归纳为 5M1E 测试手段 环境条件 产品设计 工艺选择 计划调度 人员培训 工装设备 物资供应 计量检验 安全文明 人际关系 劳动纪律 7 二 质量波动的统计规律 质量特性值的波动具有统计规律性 质量波动的个别观测结果具有随机性 但在受控状态下的大量观测结果必然是呈现某种统计意义上的规律性 这种统计规律性是统计质量控制的必要前提和客观基础 统计质量控制是统计质量管理中的一个重要问题 所谓统计质量控制 就是对生产过程中工序质量特性值进行随机抽样 通过所得样本对总体作出统计推断 采取相应对策 保持或恢复工序质量的受控状态 8 三 工序质量的两种状态 生产过程中 工序质量有两种状态 受控状态Incontrol 失控状态Outofcontrol 9 1 生产过程的受控状态 10 2 生产过程的失控状态 0 0 保持稳定 这时 从表面看 过程状态是稳定的 但由于质量特性或其统计量的分布集中位置 已偏离控制中心 0 黑点越出控制界限某侧的可能性变大 11 生产过程的失控状态 0 0 保持稳定 这时 由于质量特性或其统计量的分布分散程度 变大 导致黑点越出控制限两侧的可能性变大 12 生产过程的失控状态 0 0 和 都保持稳定 这时 失控状态更复杂 失控程度可能更严重 13 生产过程的失控状态 和 中至少有一个不稳定 随时间变化 下图表示分布集中位置 不断增大时的工序质量失控状态 14 四 工序控制的基本要求 一旦发现工序质量失控 就应立即查明原因 采取措施 使生产过程尽快恢复受控状态 尽可能减少因过程失控所造成的质量损失 如某厂的 5110 工程是指 在质量检验过程中 5个1检验 不能有1个不合格品 若有1个不合格 就需追查到前5个产品是否都合格 15 五 工序控制的基本过程 发现 反馈 纠正 分析 工序控制方法 16 5 2基本概念 在产品制造过程中 工序是保证产品质量的最基本环节 所谓工序能力分析 就是考虑工序的设备 工艺 人的操作 材料 测量工具与方法以及环境对工序质量指标要求的适合程度 工序能力分析是质量管理的一项重要的技术基础工作 它有助于掌握各道工序的质量保证能力 为产品设计 工艺 工装设计 设备的维修 调整 更新 改造提供必要的资料和依据 一过程能力二过程能力指数 17 一过程能力 1概念 所谓过程能力 是指处于稳定 标准状态下 工序的实际加工能力 工序处于稳定状态 是指工序的分布状态不随时间的变化而变化 或称工序处于受控状态 工序处于标准状态 是指设备 材料 工艺 环境 测量均处于标准作业条件 人员的操作也是正确的 工序的实际加工能力是指工序质量特性的分散 或波动 有多大 加工能力强或弱的区分关键是质量特性的分布范围大小 或集中程度 由于均方差 是描述随机变量分散的数字特征 而且 当产品质量特性服从正态分布N 2 时 以3 原则确定其分布范围 3 处于该范围外的产品仅占产品总数的0 27 因此 人们常以6 描述工序的实际加工能力 实践证明 用这样的分散范围表示过程能力既能保证产品的质量要求 又能具有较好的经济性 18 注意 过程能力与生产能力不同 过程能力是衡量过程加工质量内在一致性的量值 生产能力则是指工序加工最大数量的能力 19 2表达式 B 6 或B 6S3影响因素 1 人 与工序直接有关的操作人员 辅助人员的质量意识和操作技术水平 2 设备 包括设备的精度 工装的精度及其合理性 刀具参数的合理性等 3 材料 包括原材料 半成品 外协件的质量及其适用性 4 工艺 包括工艺方法及规范 操作规程的合理性 5 测具 测量方法及测量精度的适应性 6 环境 生产环境及劳动条件的适应性 20 4过程能力分类 短期过程能力和长期过程能力 短期过程能力 仅由偶因引起的变异所形成的过程能力 既是指过程处于稳定的过程能力 反映短期变异 此变异可由控制图的有关参数估计 21 长期过程能力 是指由偶因和异因之和引起的总变异所形成的过程能力 反映长期变异 也称实绩变异S 此变异可由控制图的有关参数估计 22 二过程能力指数 1概念 过程能力指数是衡量过程能力对产品规格要求满足程度的数量值 记为Cp 通常以规格范围T与工序能力B的比值来表示 即 T 规格上限TU 规格下限TL 2过程能力与过程能力指数的区别 23 2过程能力与过程能力指数的区别 过程能力是工序具有的实际加工能力 而过程能力指数是指过程能力对规格要求满足的程度 这是两个完全不同的概念 过程能力强并不等于对规格要求的满足程度高 相反 过程能力弱并不等于对规格要求的满足程度低 当质量特性服从正态分布 而且其分布中心与规格中心Tm重合时 一定的过程能力指数将与一定的不合格品率相对应 因此 过程能力指数越大 说明过程能力的贮备越充足 质量保证能力越强 潜力越大 不合格品率越低 但这并不意味着加工精度和技术水平越高 24 5 3过程能力指数的计算 一计量值1双侧规格界限 1 无偏 2 有偏2单侧规格界限 1 仅给出规格上限TU 2 仅给出规格上限TL 二计数值1计件值2计点值三SCAT 快速简易判断 法 25 1 计量值双侧规格界限 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 1 无偏 规格中心与分布中心重合 计算公式 例1 因此有 由式 根据工序能力指数Cp计算 工序不合格品率p的估计 直接根据规格上 下限TU TL以及工序分布的数字特征 估计和进行计算 26 例1 根据某工序加工零件的测试数据计算得出 6 5 S 0 0055 规格要求为 试求该工序的过程能力指数及不良品率 解 27 当k 即e T 2时 规定Cpk 0 图中 曲线2 2 有偏 规格中心与分布中心不重合 有偏时工序能力指数与不合格品率 e e TL TU P1 P2 Tm T 计量值 双侧规格界限 采用 用Cp和k值估计不合格品率 不合格品率估计 讨论 或 工序能力指数 偏移系数 计算公式 图中曲线1 绝对偏移量 28 当位于公差界限之外时 此时 则 此时的Cpk为 0 当 恰好位于公差中心时 从而K 0 则 这是 无偏 的情况 即理想状态 当 恰好位于公差上限或下限时 从而K 1 即 当时 工序加工过程中的不合格品率大于或等于50 对不合格品率这样大的工序 已远远不能满足加工的质量要求 故认为此时的工序能力指数为 0 因此时此公式使用合理 讨论 29 例2 测试一批零件外径尺寸的平均值 19 0101 S 0 0143 规格要求为 试计算过程能力指数并估计不合格品率 解 由题意 或由CpK 0 816 k 0 145查下表得不良品率估计约为2 1 2 3 计算Cpk 不合格品率计算 30 2 计量值 单侧规格界限 1 仅给出规格上限TU 计算公式 不合格品率估计 解 不合格品率 当TU 时 p 50 则规定CpU 0 例某零件质量要求加工后不得大于71g 测试部分数据后得 70 2g S 0 24g 试计算过程能力指数CpU及不合格品率pU 31 计量值 单侧规格界限 2 仅给出规格下限TL 计算公式 不合格率估计 当TL 时 p 50 则规定Cp 0 例3要求零件淬火后的硬度 HRC71 实测数据后计算得 HRC73 S 1 试计算过程能力指数Cp及不良品率p 解 不良品率 32 计数值 计件值 1 取k个样本 每个样本的样本容量分别为n1 n2 nk 每个样本中的不合格品数为d1 d2 dk 3 计算过程能力指数Cp 2 计算平均不合格品率及平均样本量 计算公式以不合格品率上限pU作为规格要求 33 例1某产品规格要求pU 0 1 现取5个样本 n1 n2 n5 100 各样本中不合格品数为 d1 7 d2 5 d3 6 d4 2 d5 4 求过程能力指数Cp 解 34 计数值 计点值 计算公式规格要求是单位产品平均缺陷 或疵点数 上限或不合格品率很小时的样本中不合格品数上限CU 3 计算过程能力指数Cp 2 计算平均疵点数 或平均不合格品数 1 取k个样本 每个样本的样本容量分别为n1 n2 nk 每个样本的疵点数 或不合格品数 为C1 C2 Ck 35 解 例2 设某产品规格要求单位产品平均缺陷上限CU 2 取容量为10的样本5个 各样本中产品的缺陷数分别为C1 7 C2 5 C3 6 C4 2 C5 4 求过程能力指数Cp 36 4 QS9000标准提出新概念 实绩指数 长期过程能力指数 P133表3 8 2 2短期过程能力指数与长期过程能力指数 37 表3 8 2 2短期与长期过程能力指数 38 续表3 8 2 2短期与长期过程能力指数 39 无偏的情况的表示过程加工的一致性 即 质量能力 越大 则质量特性值的分布越 苗条 质量能力越强 而有偏移情况的表示过程中心与规范中心的偏移情况 越大 则二者偏离越小 也即过程中心对规范中心越 瞄准 这是过程的 质量能力 与 管理能力 二者综合的结果 故与二者的重点不同 需要同时加以考虑 的比较与说明 用Cp和k值估计不合格品率P单位 41 也要联合考虑 P135表3 8 3 1控制原则的不合格品率 42 P136表3 8 3 2联合应用与所代表的合格品率 43 3SCAT 快速简易判断 法 问题的提出 在实际中 经常需要在短时间内判断工序能力的满足程度 如 新设备的验收 要很快出结果 破坏性检验不可能做大量的切削而得到结果 成本加大 SCAT法 是把预先规定的过程能力是否合格的判断值同样本得到的极差R进行比较 以判断过程能力是否满足要求 44 SCAT 快速简易判断 法步骤 45 表5 3 6SCAT法的判断基准 46 例5 3 5假设需要快速检定一台用来加工轴径为的某种零件的机床 是否满足过程能力的要求 解 1 选择n 8的抽样方案 取n1 8 随机样本n1经检验后其质量特性值为 9 98 9 99 10 02 10 01 9 99 10 00 10 01 10 01 2 计算判断值表根据公差界限知 T TU TL 10 05 9 95 0 1 根据SCAT法判断基准表5 3 6计算得判断值表5 3 7 47 表5 3 7判断值表 48 3 计算样本n1的极差R1 将R1与表5 3 7中的判断值进行比较 因为0 019 0 04 0 054 所以不能对过程能力作出判断 R1 Xmax Xmin 10 02 9 98 0 04 4 随机抽取第二个样本n2 8 经检验后其质量特性值为 9 99 9 99 10 00 10 01 10 00 10 01 10 00 10 01 得R2 Xmax Xmin 10 01 9 99 0 02 R1 R2 0 06 将R1 R2与表5 3 7中的判断值进行比较 因为0 055 0 06 0 090 所以不能对过程能力作出判断 49 5 随机抽取第三个样本n3 8 经检验后其质量特性值为 9 99 10 00 10 01 10 00 9 98 10 01 10 01 9 99 得R3 Xmax Xmin 10 01 9 98 0 03 R1 R2 R3 0 09 将R1 R2 R3与表5 3 7中的判断值进行比较 因为0 09 0 092 所以此时对过程能力作出合格的判断 即该机床能够满足过程能力要求 50 5 4过程能力的评价与处置 过程能力指数Cp客观地 定量地反映了过程能力对规格要求的适应程度 因此它是过程能力评价的基础 根据过程能力指数的大小一般可将加工分为五类 见P132表3 8 2 1过程能力指数Cp值评价参考1 Cp 1 67 级加工 2 1 67 Cp 1 33 级加工 3 1 33 Cp 1 级加工 4 1 Cp 0 67 级加工5 Cp 0 67 级加工 转过程能力调查 51 1 Cp 1 67 级加工 当质量特性服从正态分布 且分布中心与规格中心重合时 T 10S 不合格品率p 0 00006 见图 过程能力过分充裕 有很大的贮备 这意味着粗活细作或用一般工艺方法可以加工的产品 采用了特别精密的工艺 设备或高级操作工人进行加工 这势必影响了生产效率 提高了产品成本 措施 1 合理 经济地降低工序能力 如改用低精度的设备 工艺 技术和原材料 放宽检验或放宽管理 2 在保证产品质量和提高经济效益的前提下更改设计 加严规格要求 3 合并或减少工序也是常用的方法之一 52 2 1 67 Cp 1 33 级加工 当时 10S T 8S 不合格品率0 00006 p 0 006 见图 对精密加工而言 工序能力适宜 对一般加工来说工序能力仍比较充裕 有一定贮备 措施 1 允许小的外来波动 2 非关键工序可放宽检验 3 工序控制的抽样间隔可适当放宽 53 3 1 33 Cp 1 级加工 当时 8S T 6S 不合格品率0 006 p 0 27 见图 对一般加工而言 过程能力适宜 措施 1 对工序进行严格控制 使生产过程处于良好的稳定 正常状态 并保证不降低工序的质量水平 2 一旦发现工序有异常状态出现 立即采取相应措施 调整工艺过程 使之回到稳定 正常状态 3 检查不能放宽 54 4 1 Cp 0 67 级加工 当时 6S T 4S 不合格品率0 27 p 4 55 过程能力不足 不合格品率较高 见图 措施 1 要通过提高设备精度 改进工艺方法 提高操作技术水平 改善原材料质量等措施提高过程能力 2 要加强检验 必要时实行全检 55 5 Cp 0 67 级加工 当时 T 4S 不合格品率p 4 55 见图 工序能力严重不足 产品质量水平很低 不合格品率高 措施 1 必须立即分析原因 采取措施 提高工序能力 2 为了保证产品的出厂质量 应通过全数检查 3 若更改设计 放宽规格要求不致影响产品质量或从经济性考虑更为合理时 也可以用更改设计的方法予以解决 但要慎重处理 56 加工分类 57 5 5过程能力调查 过程能力是保证和提高产品质量的重要因素 了解和掌握过程能力是控制产品质量的必要手段 了解和掌握过程能力的活动称为过程能力调查 一过程能力调查程序 二过程能力调查的应用 58 过程能力调查程序 明确调查目的 简化检查方法 确认工序能力适宜时 进行工序控制 过程能力充分 计算并分析Cp或Cpk 作直方图 趋势图 控制图 并判定稳定性 明确必要性与目标 落实负责单位 完成期限 责任者 方法 按调查计划规定作业 记录数据及其背景 充分利用质量情报 选定调查对象 工序特性值 检查工序标准条件 确定测试与抽样检查方法 制定调查计划 收集数据 分析数据 稳定状态 不稳定状态 过程能力分析 追查不稳定原因 过程能力过强 过程能力不足 设法降低成本 追查原因 修改标准 采取措施 采取有效的管理措施 59 二 过程能力调查的应用 1 工艺验证工艺验证就是通过工艺实施 验证设计的可行性和合理性 它是联系设计和制造的纽带 在工艺验证中 通过过程能力调查 可以达到 1 选择既可实现设计质量 又可采用经济又合理的设备 工艺 原料与技术 2 确认适宜的过程能力 并确定与之相适应的工艺规程 技术标准 作业指导书及管理对象与方法等 3 对设计的合理性进行验证 并提出修改设计的依据 2 工艺诊断过程质量水平需要提高 生产过程不稳定以及工序质量水平显著下降等场合 都必须进行过程能力调查 它可为工艺诊断提供可靠的资料和依据 3 技术经济分析如对比不同加工过程的过程能力 质量水平和经济性 从适宜的过程能力出发确定经济合理的设备维修与保养标准 为技术改造 设备更新提供经济合理的过程能力依据等 4 对比分析用于设备鉴定 调试 工艺方法 操作方法对比以及技术考核等 5 为工序控制 检查方式 产品说明书 质量体系等提供资料 60 课堂作业1 根据下列直方图计算 如果技术要求为 请计算过程能力指数并估计不合格品率 1mm 1000um 习题1示意直方图 20 985 61 课堂作业2 某批外购件 其规格尺寸为4 5 0 05mm而收货合同则允许1 的废品 现从该批零件中随机抽取100个零件 经检验计算得平均