5第5章工序过程能力分析课件

1、5第5章工序过程能力分析,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,5第5章工序过程能力分析,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,5第5章工序过程能力分析,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

2、因的性质来看，可分为： 1、偶然性波动（chance of cause of variation） 2、系统性波动（assignable of cause of variation）,5第5章工序过程能力分析,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

3、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第5章工序过程能力分析,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,5第5章工序过程能力分析,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,5第5章工序过程能力分析,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

4、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。,5第5章工序过程能力分析,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 In control,失控状态 Out of control,5第5章工序过程能力分析,9,1.生产过程的受控状态,5第5章工序过程能力分析,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

5、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。,5第5章工序过程能力分析,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。,5第5章工序过程能力分析,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。,5第5章工序过程能力分析,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。,5第5章工序过程能力分析,14,四、工序控制的基本要求,一

6、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。,5第5章工序过程能力分析,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,5第5章工序过程能力分析,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

7、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,5第5章工序过程能力分析,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

8、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。,5第5章工序过程能力分析,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。,5第5章工序过程能力分析,19,2 表达式：B=6 或 B6S 3 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

9、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。,5第5章工序过程能力分析,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：,5第5章工序过程能力分析,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：,5第5章工序过程

10、能力分析,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：,5第5章工序过程能力分析,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

11、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。,5第5章工序过程能力分析,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,5第5章工序过程能力分析,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

12、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,5第5章工序过程能力分析,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：,5第5章工序过程能力分析,27,当k，即eT/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

13、 ：,计算公式：(图中曲线1)绝对偏移量 ：,5第5章工序过程能力分析,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,5第5章工序过程能力分析,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

14、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：,5第5章工序过程能力分析,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，p50%，则规定CpU0,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，S0.24g，试计算过程能力指数CpU及不合格品率pU。,5第5章工序过程能力分析,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Cp0,例3 要求零件淬火

15、后的硬度HRC71，实测数据后计算得 HRC73；S1，试计算过程能力指数Cp及不良品率p。,解：,不良品率：,5第5章工序过程能力分析,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：,5第5章工序过程能力分析,33,例1 某产品规格要求pU0.1，现取5个样本，n1n2n5100, 各样本中不合格品数为：d17，d25，d36，d42，d54，求过程能力指数Cp。,解：,5第5章工序过程能力分析,34,计数

16、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。,5第5章工序过程能力分析,35,解：,例2：设某产品规格要求单位产品平均缺陷上限CU2，取容量为10的样本5个，各样本中产品的缺陷数分别为C17；C25；C36；C4 2； C54，求过程能力指数Cp。,5第5章工序过程能力分析,36,4.,QS9000标准提出 新概念实绩指数长期过程能力指数。 P13

17、3表3.8.2-2短期过程能力指数与长期过程能力指数,5第5章工序过程能力分析,37,表3.8.2-2短期与长期过程能力指数,5第5章工序过程能力分析,38,续表3.8.2-2短期与长期过程能力指数,5第5章工序过程能力分析,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,5第5章工序过程能力分析,用Cp和k值估计不

18、合格品率P 单位：%,5第5章工序过程能力分析,41,也要联合考虑,P135表3.8.3-1 控制原则的不合格品率,5第5章工序过程能力分析,42,P136表3.8.3-2联合应用 与 所代表的合格品率（%）,5第5章工序过程能力分析,43,3 SCAT（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。,5第5章工序过程能力分析,44,SCAT（快速简易判断）法步骤,5第5

19、章工序过程能力分析,45,表5.3.6 SCAT法的判断基准,5第5章工序过程能力分析,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5.3.7,5第5章工序过程能力分析,47,表5.3.7 判断值表,5第5章工序过程能力分析,48,3）计算样

20、本n1的极差R1,将R1与表5.3.7中的判断值进行比较，因为0.0190.040.054，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0.0550.060.090，所以不能对过程能力作出判断,5第5章工序过程能力分析,49,5）随机抽取第三个样本n3=8，经检验后其

21、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,5第5章工序过程能力分析,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

22、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,5第5章工序过程能力分析,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

23、；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。,5第5章工序过程能力分析,52,2 1.67 Cp 1.33 级加工,当 时，10ST 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。,5第5章工序过程能力分析,53,3 1.33 Cp 1 级加工, 当 时，8S T 6S ，不合格品率 0.006% p 0.27%

24、（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。,5第5章工序过程能力分析,54,4 1 Cp 0.67 级加工,当 时，6S T4S ，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。,5第5章工序过程能力分析,55,5 C

25、p0.67 级加工,当 时，T4S，不合格品率p4.55%。（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。,5第5章工序过程能力分析,56,加工分类,5第5章工序过程能力分析,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

26、二 过程能力调查的应用,5第5章工序过程能力分析,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,5第5章工序过程能力分析,

27、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；

28、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,5第5章工序过程能力分析,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,20.985,5第5章工序过程能力分析,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，经检验计算得平均值为4.48mm，标准差为0.008mm试决定这批零件的收货情况.,5第5章工序过程能力分析,62