常用统计分析方法

常用统计分析方法PAGEPAGE4常用统计分析方法排列图因果图散布图直方图控制图控制图的重要性控制图原理控制图种类及选用统计质量控制是质量控制的基本方法，执行全面质量管理的基本手段，也是CAQ系统的基础，这里简要介绍制造企业应用最广的统计质量控制方法。常用统计分析方法与控制图获得有效的质量数据之后,就可以利用各种统计分析方法和控制图对质量数据进行加工处理,从中提取出有价值的信息成分。常用统计分析方法此处介绍的方法是生产现场经常使用,易于掌握的统计方法,包括排列图、因果图、散布图、直方图等。排列图排列图是找出影响产品质量主要因素的图表工具.它是由意大利经济学家巴洛特（Pareto)提出的.巴洛特发现人类经济领域中"少数人占有社会上的大部分财富,而绝大多数人处于贫困状况"的现象是一种相当普遍的社会现象,即所谓"关键的少数与次要的多数"原理.朱兰(美国质量管理学家)把这个原理应用到质量管理中来,成为在质量管理中发现主要质量问题和确定质量改进方向的有力工具.1.排列图的画法排列图制作可分为5步:(1)确定分析的对象排列图一般用来分析产品或零件的废品件数、吨数、损失金额、消耗工时及不合格项数等.(2)确定问题分类的项目可按废品项目、缺陷项目、零件项目、不同操作者等进行分类。(3)收集与整理数据列表汇总每个项目发生的数量，即频数fi、项目按发生的数量大小，由大到小排列。最后一项是无法进一步细分或明确划分的项目统一称为“其它”。(4)计算频数fi、频率Pi和累计频率Fi首先统计频数fi，然后按(1)、(2)式分别计算频率Pi和累计频率Fi(1)式中，f为各项目发生频数之和。(2)(5)画排列图排列图由两个纵坐标，一个横坐标，几个顺序排列的矩形和一条累计频率折线组成。如图1所示为一排列图实例。2.排列图用途(1)确定两变量（因素）之间的相关性两变量之间的散布图大致可分下列六种情形，如图3所示。1)强正相关。x增大，y也随之线性增大。x与y之间可用直线y=a+bx(b为正数)表示。此时，只要控制住x，y也随之被控制住了，图3(a)就属这种情况。2)弱正相关。图3(b)所示，点分布在一条直线附近，且x增大，y基本上随之线性增大，此时除了因素x外可能还有其它因素影响y。3)无关。图3(c)所示，x和y两变量之间没有任何一种明确的趋势关系。说明两因素互不相关。4)弱负相关。图3(d)所示，x增大，y基本上随之线性减小。此时除x之外，可能还有其它因素影响y。5)强负相关。图3(e)所示，x与y之间可用直线y=a+bx(b为负数)表示。y随x的增大而减小。此时，可以通过控制x而控制y的变化。6)非线性相关。图3(f)所示，x、y之间可用曲线方程进行拟合，根据两变量之间的曲线关系，可以利用x的控制调整实现对y的控制。(2)变量控制。通过分析各变量之间的相互关系。确定出各变量之间的关联性类型及其强弱。当两变量之间的关联性很强时，可以通过对容易控制（操作简单、成本低）的变量的控制达到对难控制（操作复杂、成本高）的变量的间接控制。(3)可以把质量问题作为因变量，确定各种因素对产品质量的影响程度。当同时分析各种因素对某一质量指标的作用关系时，或某一质量现状的引发因素包含多种因素时，应尽可能将质量数据按照各种可能因素类型进行分层，如：按操作人员分层、按使用设备分层、按工作时间分层、按使用原材料分层、按工艺方法分层或按工作环境分层等等。图4所示为将因素分层之后使原来无关的数据得以进一步细分。从而提示出更准确的内在联系。直方图直方图是适用于对大量计量值数据进行整理加工、找出其统计规律。即分析数据分布的形态，以便对其总体分布特征进行推断的方法。主要图形为直角坐标系中若干顺序排列的矩形。各矩形底边相等，为数据区间。矩形的高为数据落入各相应区间的频数。1.直方图画法(1)收集数据。数据个数一般在100个左右，至少不少于50个。理论上讲数据越多越好，但因收集数据需要耗费时间和人力、费用，所以收集的数据有限。(2)找出最大值L，最小值S和极差R。找出全体数据的最大值L和最小值S，计算出极差R=L-S。(3)确定数据分组数k及组矩h。通常分组数k取4-20。设数据个数为n，可近似取。通常取等组距，h=R/k。(4)确定各组上、下界.只需确定第一组下界值即可根据组距h确定出各组的上、下界取值。注意一个原则：应使数据的全体落在第一组的下界值与最后一组（第k组）的上界值所组成的开区间之内。(5)累计频率画直方图。累计各组中数据频数fi，并以组距为底边，fi为高，画出一系列矩形，得到直方图。见图5所示。图5直方图2.直方图用途(1)计算均值和标准差S均值表示样本数据的“质量中心”，可以按下式计算，(3)式中，n为数据个数。样本数据的分散或变异程度可用下列样本标准差进行度量：(4)(2)从直方图可以直观地看出产品质量特性的分布形态，便于判断工序是否处于统计控制状态，以决定是否采取相应处理措施。至此为止，我们介绍了质量控制中常用的统计分析方法。这些方法都是现场中经常用到的，实现方便、简单有效的统计质量控制方法。各种方法可以单独使用，也可以综合使用，如何结合生产实际情况，选择一种合适的方法，达到预期的控制效果，仍需要广大工程技术人员在实践中不断摸索并总结经验。控制图现在将介绍过程控制中常用的控制图方法。包括控制图的重要性，控制图原理，控制图种类及选用。控制图的重要性控制图是对生产过程或服务过程质量加以测定、记录从而进行控制管理的一种图形方法。图9-6所示为一控制图图例。图上有中心线CL、上控制界限UCL和下控制界限LCL，并有按时间顺序抽取的样本统计量数值的描点序列。统计过程控制(SPC)作为统计质量控制(SQC)的核心技术受到普遍的重视。目前，工业发达国家都将统计过程控制列为高技术项目，认为SPC是实现以预测为主的质量控制的有效手段。控制图所以能获得广泛应用，主要是由于它能起到下列作用：1.贯彻预防为主的原则。应用控制图有助于保持过程处于控制状态，从而起到保证质量防患于未然的作用。2.改进生产率。应用控制图可以减少废品和返工，从而提高生产率、降低成本和增加生产能力。3.防止不必要的过程调整。控制图可用以区分质量的偶然波动与异常波动，从而使操作者减少不必要的过程调整。4.提供有关工序能力的信息。控制图可以提供重要的过程参数数据以及它们的时间稳定性，这些对于产品设计和过程设计都是十分重要的。控制图原理1.统计控制状态任何一个生产过程，不论它是如何精确设计和精心维护，总存在着一定量的固有的或自然的变化。它是由许多偶然因素形成的偶然波动的累积效果。由于这种波动比较小，所以我们认为这时生产过程处于受控状态或称为稳态。此外，在生产过程中有时也发生由异常因素造成的异常波动。如：由于设备调整不当、人为差错或原材料的缺陷而导致的质量波动。与偶然波动相比这种异常变化要大得多，而且往往表现一定的趋势和规律，此时，我们认为生产过程处于失控状态。受控状态是生产过程追求的目标，此时，对产品的质量是有把握的。控制图即是用来监测生产过程状态的一种有效工具。2.控制图的统计学原理令Ｗ为度量某个质量特性的统计样本。假定Ｗ的均值为,而Ｗ的标准差为。于是，中心线、上控制限和下控制限分别为(5)(6)(7)式中，Ｋ为中心线与控制界限之间的用标准差为单位所表示的间隔宽度。图7说明了控制图的控制原理。对于每一个控制点来讲，只要点子是在控制界限之间，我们就认为过程处于控制状态，不需要任何措施；但如果点子落在控制界限之外，就认为过程失控，必须找出异常因素。采取措施加以消除。正常情况下点子分布是正态的，落在控制界限之内的概率远大于落在控制界限之外的概率。反之，若点子落在控制界限之外，可能是属于正常情况下的小概率事件发生，也可能是过程异常发生，相对来讲，后者发生的概率要大得多。因此，我们宁可以为后者情况发生，这正是控制图的统计学原理。点子落在控制界限之内是否一定处于稳态？点子落在控制界线之外是否一定出现异常？这两个问题的因答都是否定的。更为科学的判断应根据概率统计方法对过程进行定量分析，精确计算出状态的概率值之后再进行过程状态判断。以K取3为例(上、下界限距中心线距离为3倍的标准差)可计算出各种模式控制图的概率值，如表1所示。模式实例情况概率水平有点出界连续35点中出界点数小于等于10.0041连续100点中出界点数小于等于20.0026集中分层连续3点中在区间（）中的点数大于等于20.0053连续7点中在区间（）中的点数大于等于30.0024连续10点中在区间（）中的点数大于等于40.0006连续10点集中在区间（）中0.022连续11点集中在区间（）中0.015连续12点集中在区间（）中0.0102链模式连续出现在中心线一侧的点数大于等于70.0153连续11点中出现在中心线一侧的点数大于等于100.0114连续14点中出现在中心线一侧的点数大于等于120.0125趋势分布连续上升或下降的点数大于等于70.00039连续上升或下降的点数大于等于50.0164连续上升或下降的点数大于等于40.0824表1各种模式控制图的概率值可见，根据不同的控制严格性要求应选用概率水平相应的控制图判断模式，如：当控制严格性要求为１％时，可选用概率水平接近或略低于１％的模式实例作为判断过程异常的准则。各种模式都应选择确定出一个恰当的实例情况作为判稳准则，所谓“恰当的”是指其概率水平在同类模式中最接近控制严格性要求。否则，概率水平过大不能满足质量控制要求；概率水平过小会造成误判次数增多从而降低生产效率、提高生产成本。控制图种类及选用控制图根据质量数据的类型可分为：计量值控制图、计件值控制图和计点值控制图。这些控制图各有各的用途，应根据所控制质量指标的情况和数据性质分别加以选择。数据类型分布形态控制图名称简记计量值正态分布均值-极差控制图R控制图均值-标准差控制图S控制图中位数-极差控制图-R控制图单值-移动极差控制图RS控制图计件值二项分布不合格品率控制图P控制图不合格品数控制图Pn控制图计点值泊松分布缺陷数控制图C控制图单位缺陷数控制图u控制图表2常用控制图各控制图用途：1.-R控制图。是最常用、最基本的控制图，它用于控制对象为长度、重量、强度、纯度、时间和生产量等计量值的场合。2.-S控制图。此图与-R图相似，只是用标准差图(S图)代替极差图(R图)而已。极差计算简便，故R图得到广泛应用，但当样本大小n>10或12时，应用极差估计总体标准差的效率减低，最好应用S图代替R图。3.-R控制图.此图与-R图也很相似,只是用中位数图(图）代替均值图（图）。由于中位数的计算比均值简单，所以多用于现场需要把测定数据直接记入控制图进行管理的场合。4.RS控制图。多用于下列场合：(1)采用自动化检查和测量对每一个产品都进行检验的场合；(2)取样费时、昂贵的场合；(3)如化工等过程，样品均匀，多抽样也无太大意义的场合。由于它不像前三种控制图那样能取得较多的信息，所以它判断过程变化的灵敏度也要差一些。5.P控制图。用于控制对象为不合格品率或合格品率等计数值质量指标的场合。这里需要注意的是，在根据多种检查项目总起来确定不合格品率的场合，当控制图显示异常后难于找出异常的原因。因