《工业工程概论》课件-第6章 现代质量工程

工业工程概论

IntroductiontoIndustrialEngineering第6章

现代质量工程工业工程概论目录DIRECTORY01质量工程概述04

检验质量工程02设计质量工程03制造过程质量工程05

管理质量工程

引导案例2014年上半年北仑新区出口产品遭境外退运共计1439.5万元，其中质量问题为退运的主要原因。质量问题：产品质量不符合标准、规格尺寸不符合要求、外观有缺陷等。6.1.1质量工程的定义质量工程（QualityEngineering,QE）:以工程技术为先导，以设计质量控制、满足客户需求为目标，综合采用技术、组织和管理等方法，按照系统工程的方式，实现产品的高质量、高可靠性和企业效益的工程技术。质量工程是关于如何创新和提高全面质量的科学。6.1质量工程概述6.1.2质量工程的内容和特点6.1质量工程概述1、质量工程的内容6.1.2质量工程的内容和特点6.1质量工程概述1、质量工程的特点满足客户需求强调技术与管理并重产品的质量是设计出来的是以质量为核心的系统管理工程具有广泛的适应性和灵活的扩展性6.2设计质量工程三次设计是田口玄一博士在20世纪70年代创立的一种系统化设计方法，其核心思想是在产品设计阶段就进行质量控制，试图用最低的成本生产出满足顾客要求的，对社会造成损失最小的产品。分三个阶段：系统设计、参数设计、容差设计。对简单电子装置的850个现场故障的研究发现，有43%的故障源于设计缺陷。对于中等复杂程度的机械和电子产品而言，产品开发中的错误导致了40%的产品适用性问题。一项对卫生医疗产品的调查显示，34%被召回的产品是由于产品存在缺陷或软件设计不当。6.2.1

三次设计6.2设计质量工程系统设计确定产品的主要性能参数质量功能配置（QFD）参数设计选择参数的最佳组合试验设计（DOE）容差设计确定各参数的最合理容差质量损失函数6.2.1

三次设计6.2设计质量工程1、系统设计定义：是依靠专业技术对产品的功能和结构进行设计。它是“三次设计”的基础，也叫功能设计。目的：确定产品的主要性能参数、技术指标及外观形状等重要参数。方法：计算机辅助设计（CAD）、面向制造的设计（DFM）、面向装配的设计（DFA）、面向使用的设计等以及质量功能配置技术（QFD）。6.2.1

三次设计6.2设计质量工程2、参数设计定义：选择系统中所有参数的最佳组合，减少各种干扰的影响，使所设计的产品质量特性值波动小，稳定性好，并确定参数组合的中心值。实践证明，许多产品的输出特性与参数的不同组合之间存在着非线性的关系。如能合理选择参数组合，其输出特性的波动就有可能大大减小，从而提高产品质量的稳定性和可靠性。为此，在设计产品时，设计者应该首先找到参数不同组合与输出特性之间的变化关系，通常用正交试验设计的方法得到。6.2.1

三次设计6.2设计质量工程3、容差设计定义：在参数设计确定了中心值以后，从经济的角度，进一步运用统计方法确定各个参数的允许极限，并分析研究参数允许范围和产品成本的关系。通过容差设计来确定各参数的最合理容差，使总损失最小。基本思想：对输出特性影响大的元器件或零部件参数给予较小的公差值，对输出特性影响较小的元器件或零部件参数给予较大的公差值。6.2.1

三次设计6.2设计质量工程系统设计确定产品的主要性能参数质量功能配置参数设计选择参数的最佳组合试验设计（DOE）容差设计确定各参数的最合理容差质量损失函数基础核心经济化6.2.2

可靠性设计6.2设计质量工程可靠性设计是应用可靠性的理论和技术，通过预测、分配、分析和改进等一系列可靠性工程活动，将可靠性定量要求设计到产品的技术文件，形成产品的固有可靠性。6.2设计质量工程1、可靠性三个指标6.2.2

可靠性设计可靠度

通常称其为无故障概率，或称可靠度函数，简称可靠

度，记为

R(t)，故障分布函数为F(t)

R(t)=1-F(t)失效率

失效率(FailureRate)，又称故障率,产品可靠性特征的一个重要

指标，它能决定每一时刻的可靠度。失效率常用失效函数来表示寿命

通常用期望寿命（平均寿命）表示寿命的特征，期望寿命表示产

品从投入运行到发生失效的平均无故障工作时间。6.2设计质量工程2、可靠性设计技术6.2.2

可靠性设计可靠性预测可靠性分配可靠性分析6.2.3

质量功能展开6.2设计质量工程质量功能展开（QFD）就是将顾客的要求转换成质量特性，保证顾客的关键需求以及企业的核心技术系统地展开到产品的各功能部件、过程变量等质量特性，从而形成满足顾客要求的产品质量。质量机能展开通过定义“做什么”（即顾客要求）和“如何做”（即质量特性），识别关键的质量特性，将顾客定义的质量要素注入产品或服务。6.2.3

质量功能展开6.2设计质量工程1、质量功能展开原理与构成质量功能展开的基本工具是质量屋它用矩阵为工具，将顾客需求如下逐层展开：⑴产品设计要求（涉及规格或规范）；⑵分系统、零部件的设计要求；⑶生产要求等。然后，采用加权评分的方法，评定设计、工艺要求的重要性，通过量化计算，找出产品的关键单元、关键部件、关键工艺，为优化设计这些“关键”提供方向，采取有力措施。6.2设计质量工程本产品国内对手改进后国外对手

1

m市场竞争力Mi

12……n

关系度（3）（2）（5）（6）（4）（7）（1）顾客需求重要度Ki质量屋结构图工程措施重要度本产品改进后国外对手国内对手（1）左墙——顾客需求及其重要度；（2）天花板——工程质量（设计要求或质量特性）；（3）房间——关系矩阵（4）地板——工程措施的指标极其重要度；（5）屋顶——相关矩阵；（6）右墙——市场竞争能力评估矩阵；（7）地下室——技术竞争能力评估矩阵。6.2.3

质量功能展开6.2设计质量工程2、质量功能展开的程序顾客需求分析关键质量展开进行技术特性描述计算各项技术要求重要度关键质量特性确定6.3制造过程质量工程质量统计过程控制工序能力分析质量改进工具6.3制造过程质量工程6.3.1

质量统计过程控制1、SPI概述SPC技术基于统计理论，通过对生产过程中各工艺参数质量数据进行统计分析和描图，实现对工艺过程稳定性的监控和预测。对异常波动的及时预警是SPC的最大特点。应用SPC对检测数据进行统计分析，能够区分生产过程中的正常波动和异常波动，及时预警，它能在异常因素刚露出苗头，尚未造成不合格产品之前及时发现，指导管理人员及时采取措施消除异常，从而极大地减少不合格产品的产生，保证生产顺畅进行，最终提高生产效率。SPC技术流程6.3制造过程质量工程6.3.1

质量统计过程控制2、控制图控制图是1924年美国休哈特首创的，也称休哈特控制图。它是一种有控制界限的图，用来分析和判断生产过程是否处于稳定状态。能起到预防为主，稳定生产，保证质量的作用。6.3制造过程质量工程3σ3σ控制上限UCL控制下限LCL中心线CL样品编号（或取样时间）质量特性x纵轴是质量特性值；横轴是样本号；中心线记为CL，它是统计量的平均值；上控制界限记为UCL；下控制界限记为LCL；图中有按时间顺序抽取的各样本统计量的数值，上下控制界限距中心线3倍标准偏差。6.3制造过程质量工程6.3.1

质量统计过程控制2、控制图—按质量数据的性质分类控制图名称用途计量值数据X—R均值—极差控制图各种计量值~X—R中位数—极差控制图各种计量值X—RS单值—移动极差控制图各种计量值X单值控制图计量值X—S均值—标准偏差控制图重要产品中使用计数值数据Pn不合格品数控制图.计件数据p不合格品率控制图计件数据C缺陷数控制图计点数据U缺陷率控制图单位面积、长度的缺陷数★6.3制造过程质量工程6.3.1

质量统计过程控制2、控制图—均质与极差控制图x-R图是x图（均值控制图）和R图（极差控制图）联合使用的一种控制图。R图用于判断生产过程的波动是否处于或保持在所要求的受控状态。x图主要用于判断生产过程的平均水平是否处于或保持在所要求的受控状态。图通常在样本大小n≤10时使用，是一种最常用的计量值控制图。6.3制造过程质量工程6.3.1

质量统计过程控制2.控制图—均质与极差控制图的控制界限

6.3制造过程质量工程6.3.1

质量统计过程控制2.控制图—均质与极差控制图的控制界限

6.3制造过程质量工程例：某厂生产一种金属零件，其质量特性值是零件的长度,为对该过程实施连续监控，试设计均值极差控制图。设计步骤：（1）收集数据并加以分组；（2）计算每组的样本均值和极差均值；（3）计算控制线；（4）制作控制图；（5）分析生产过程是否处于统计控制状态；6.3制造过程质量工程在5MIE充分固定并标准化的情况下，从生产过程中收集数据。本例每隔1h连续测量5个零件的长度与零件名义尺寸之差，组成一个大小为5的样本，一共收集25个样本，见表6-5。

一般来说，制作x-R图，每组样本大小n≤10,组数k≥25。（1）收集数据并加以分组6.3制造过程质量工程（2）计算每组的样本均值和极差均值i=1,2,…,ki=1,2,…,k6.3制造过程质量工程（3）计算控制线上式中A2,D4,D3均从控制图系数表中查得：当n=5时，A2=0.577，D3=0，D4=2.114。控制图系数表6.3制造过程质量工程（4）制作控制图

6.3制造过程质量工程UCL=11.924CL=7.70LCL=3.476LCL=0UCL=15.474CL=7.32

R6.3制造过程质量工程（5）分析生产过程是否处于统计控制状态利用分析用控制图的判断规则，分析生产过程是否处于统计控制状态。本例经分析，生产过程处于统计控制状态。6.3制造过程质量工程6.3.1

质量统计过程控制2.控制图—工序失控状态的判断控制图上的点子不在控制界限即不在控制范围内；控制图上的点子排列有缺陷；点子排列有缺陷链状偏离倾向接近周期6.3制造过程质量工程6.3.1

质量统计过程控制2.控制图—工序失控状态的判断68.26%CCBBAA95.45%99.73%CLLCLUCLμ+1σ-1σ-2σ+2σ-3σ+3σ6.3制造过程质量工程准则1:一个点在A区之外UCLLCLCLA

B

CCB

A

UCLLCLCLA

B

CCB

A

准则2:连续9个点在中心线同一侧UCLLCLCLA

B

CCB

A

准则3:连续6个点递增或递减UCLLCLCLA

B

CCB

A

准则4：连续14个点上下交替6.3制造过程质量工程UCLLCLCLA

B

CCB

A

准则5:连续3点中有2点在同侧B区外UCLLCLCLA

B

CCB

A

准则6:连续5点中有4点在同侧C区以外UCLLCLCLA

B

CCB

A

准则7：连续15个点在C区内UCLLCLCLA

B

CCB

A

准则8：连续8个点都不在C区内课堂思考计量控制图中点出限意味着样本中一定有不合格品吗？控制图通过八种失控模式的检验意味着工序过程一定处于受控状态吗？6.3制造过程质量工程6.3.2

过程能力分析1、过程能力过程能力是指过程加工质量满足技术标准的能力。是生产过程在一定时间内，处于控制状态下，制造产品的质量特性值的波动幅度，又叫加工精度。99.73%σ1σ2σ3σ4σ5σ6σ0σ-1σ-2σ-3σ-4σ-5σ-668.27%95.45%99.994%99.99994%99.9999998%6.3制造过程质量工程6.3.2

过程能力分析1、过程能力操作者

man材料material机器设备machine工艺方法method过程能力是诸多因素的综合作用，将影响过程能力的质量因素归纳为“5M1E”测试手段measure

环境条件environment影响过程能力的因素6.3制造过程质量工程A工序B工序A、B两个工序保证质量的能力相同吗？6.3制造过程质量工程6.3.2

过程能力分析2、过程能力指数和计算过程能力指数是反映过程能力满足产品质量标准（规范、公差等）能力的参数。一般记做CP。过程能力指数是质量标准（公差）和过程能力的比值。过程能力指数越大，说明过程能力越能满足技术要求,甚至有一定的能力贮备。但是不能认为过程能力指数越大,加工精度就越高或者说技术要求越低。TBTL

TU6.3制造过程质量工程6.3.2

过程能力分析2、过程能力指数和计算①过程无偏②过程有偏6.3制造过程质量工程6.3.2

过程能力分析-过程能力指数的计算（1）过程无偏6.3制造过程质量工程实例

6.3制造过程质量工程6.3.2

过程能力分析-过程能力指数的计算（2）过程有偏6.3制造过程质量工程实例6.3制造过程质量工程6.3.2

过程能力分析3、过程能力指数判断标准6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具因果图排列图直方图散布图数据分层检查表1234DirtOldTempFaultxxxxxxxxxxxxxxxx12345Process6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具1、因果图质量问题的“结果”，常用某个特性或指标来表示。为分析特性与因素之间的关系而采用的树状图称为因果图或鱼刺图，它是日本质量管理专家石川馨1943年提出的。因果图用来揭示质量特性的波动与其潜在原因的关系，把影响产品质量的诸因素之间的因果关系清楚地表示出来，使人们一目了然，便于采取措施解决问题。6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具1、因果图-画法从产品质量问题的结果出发，分析原因，顺藤摸瓜，步步深入，直到挖出具体根源为止。影响质量特性的原因可归纳为六大因素，即5M1E。寻找大原因→寻找大原因中的中原因→小原因→更小原因。大原因不一定是主要原因，可用排列图确定主要原因。一张完整的因果图展开的层次至少应有二层，一些情况下还可以有三层以上。6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具1、因果图-画法测量6.3制造过程质量工程实例为什么曲轴轴颈尺寸小硬度不一致操作者教育没进行没记住机床未及时修正砂轮工艺纪律松弛平衡块松动控制机构的灵敏性震动大电器失灵材料热处理材质不合规格量具校正无标准轴测量测量器具配置操作者未用读数量具测头不干净测量仪器精度操作规格无作业标准方法加工件温度高进给量大环境有杂质切削液浓度低6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具2、排列图排列图又称帕累托图，是分析和寻找影响质量主要因素的一种工具，原为意大利经济学家帕累托博士所提出。原理：关键的少数和次要的多数。6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具2、排列图—构成纵坐标：左边表示频数，右边表示累计频率；横坐标：表示影响质量的因素；矩形图：高度表示频数大小，由大到小从左到右排列；排列曲线：表示各项因素的累计频率；ABCDEFGH其他频数(件)频率(%)A类B类C类80901006.3制造过程质量工程123456其他频数(件)频率(%)A类B类C类809010004080120160200255075前80%的因素归为A类；80%-90%的因素归为B类；90%以后的因素归为C类；A类即为关键的少数。6.3制造过程质量工程实例某厂生产的酒杯，从120个不合格产品中得到如下数据，请画出排列图，并指出影响产品不合格的主要因素。缺陷原因数量比率（%）累计百分比（%）划痕8671.771.7气泡1411.683.3缺口108.491.7污痕75.897.5杂质32.5100合计1206.3制造过程质量工程实例划痕与气泡两项原因导致的不合格率达到83.3%，因此应该选择此两项进行改善，重点是划痕。6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具3、直方图概念：直方图(histogram)法是从总体中随机抽取样本，将从样本中获得的数据进行整理，从而找出数据变化的规律性。作用：直观地看出产品质量特性值的分布状态（平均值和分散情况），便于掌握产品质量分布情况；显示质量波动状态，判断工序是否稳定；确定改进方向；用以调查工序能力和设备能力。在直方图上标出公差线或标准值，可以定量地调查工序能力和设备能力。6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具3、直方图-绘制步骤

6.3制造过程质量工程实例162016172219242014162217171913171514119171317182721242216151120261413221416162025191615211810191512131917158201461112161891320101610191321152514915201671398131216191429181413181026172316241815已知某零件的外径尺寸的标准为mm，在加工过程中抽取100个零件，测得外径尺寸数据如下表所示，试用直方图分析。6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具4、散布图散布图又称相关图，是描述两个因素之间关系的图形。它的用途一方面可以发现和确认两组数据之间的关系并确定两组相关数据之间预期的关系，另一方面可通过确定两组数据、两个因素之间的相关性，寻找问题的可能原因，从而对质量进行改进。6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具4、散布图-绘图步骤选定分析对象收集数据，填入数据表在坐标纸上建立直角坐标系描点当散布图上出现明显偏离其他数据点的异常点时，应查明原因，以便决定是否删除或校正判读散布图的相关性6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具5、数据分层-原则按操作者或作业方法分层按机器设备分层按不同时间分层按原材料分层按作业环境状况分层按不同的检验方法、手段、人员分层6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具5、数据分层-步骤收集数据根据不同的目的，选择分层标志

根据不同分层标志对数据进行分层按层归类统计画分层统计图表或分层进行统计分析6.3制造过程质量工程6.3.3

质量改进工具6、检查表定义：检查表又叫调查表、核对表、统计分析表。它是用来系统地收集资料（数字与非数字）、确认事实并对资料进行粗略整理和分析的图表。绘制步骤（1）确定收集资料的具体目的（将要解决的问题）。（2）确定为达到目的所需收集的资料。（3）确定对资料的分析方法（如应用哪些统计技术）以及分析资料的负责人。（4）编制用于记录资料的表格。表格应包括以下栏目：收集人、收集地点、收

集时间、收集方式等等。（5）通过收集和记录某些资料来试用表格。（6）必要时，评审并修订表格。6.4检验质量工程质量检验概述抽样检验的方法6.4.1

质量检验概述6.4检验质量工程质量检验是指对产品的一种或多种质量特性进行的测量、检查、试验或度量并将结果与规定的质量要求进行比较，以确定每个质量特性的符合性的活动。质量检验包括四个基本要素：度量：采用一定的测量方法测定产品的质量特性判别：根据比较结果，对检验项目或产品作出合格性判定比较：将测定结果同质量标准进行比较处理：对单件受检产品，决定合格放行还是不合格返工、返修或报废6.4.1

质量检验概述6.4检验质量工程质量检验的内容外购件及其保管的质量检验成品及其包装的质量检验生产操作的质量检验工序的质量检验6.4.2

抽样检验的方法6.4检验质量工程抽样检验概念抽样方案分类抽样方案特性抽样方案参数计数标准型一次抽样方案计数调整型抽样方案6.4.2

抽样检验的方法6.4检验质量工程1、抽样检验概念抽样检验是相对于全数检验而言的。这种检验方法是按照规定的抽样方案和程序仅从其中随机抽取部分单位产品组成样本，根据对样本逐个测定的结果，最后对检验批作出接受或拒收判定的一种检验方法6.4.2

抽样检验的方法6.4检验质量工程2、抽样方案分类计数抽样方案：将样本的每一产品经检验分为合格品或不合格品，根据不合格品的个数与事先规定的判别准则比较，判断交验批产品是否合格的抽样方案，称为计数抽样。计量抽样方案：对样本的每一产品特征进行测量，将计算测量结果与事先规定的判别准则比较，判断交验批产品是否合格的抽样方案，称为计量抽样。6.4.2

抽样检验的方法6.4检验质量工程3、抽样方案特性-接收概率接收概率亦称批合格概率，是指某批产品按照一定的抽样方案抽检后，根据抽检结果判定该批产品合格而接收的概率。任何一批产品的不合格率p，无论人们知道与否，均存在一个客观的值。使用一定抽样方案验收时，接收该批产品的概率为L(p)，在抽样方案（n，c）中样本量n和接收数c确定的情况下，如不合格品数

，批产品被判合格，予以接收，则接收概率为：6.4.2

抽样检验的方法6.4检验质量工程3、抽样方案特性-操作特性曲线对给定的抽样方案表示接收概率与批的实际质量的函数关系曲线称为抽样方案的操作特性曲线（OperationCharacteristicCurve），简称OC曲线。00.20.40.60.811.200.010.020.030.040.050.060.070.080.090.11L(p)P(%)6.4.2

抽样检验的方法6.4检验质量工程4、抽样方案参数接收质量限批允许不合格品率平均出厂不合格品率平均抽检量6.4.2

抽样检验的方法6.4检验质量工程5、计数标准型一次抽样方案-概述所谓标准型抽查方案，其特点是所选定的抽样检验方案能同时满足生产方和使用方的质量保护要求。即标准型抽样检验方案的OC曲线同时通过（α，p0）及（β，p1）这两点，只要n和c满足下式：L（p0）=1-αL（p1）=β6.4.2

抽样检验的方法6.4检验质量工程5、计数标准型一次抽样方案-抽检步骤确定质量标准确定p0、p1及α、β确定批量N检索抽检方案抽取样本检测样本质量特性值作出批产品是否合格的判断处理交验批6.4检验质量工程[解]：本例α=5%，β=10%抽样方案为：在批产品中随机抽取样本量为245的样本，检查其中的不合格品数r，如果r≤17，认为这是合格批，接收；如果r≥18，认为这是不合格批，拒收。例题：一批无线电元件需交验，供需双方p0=4%，p1=10%，α=5%，β=10%，试确定抽样方案p1/p0=2.5，查表6-15，得到最接近的值为2.497，对应c=10，np0=6.169，得到n=1546.4.2

抽样检验的方法6.4检验质量工程6、计数调整型抽样方案-概述与标准型方案不同的是，调整型方案具有动态调整抽样检查宽严程度的特点。当连续若干批产品提交检查时，调整型方案利用正常、加严、放宽检查三种严格程度不等的标准，根据交检批质量的变化，按照一定的转换规则，交替使用，从而对生产方和使用方提供质量保证。调整型抽检方案能充分利用产品检验历史数据提供的质量信息，在同样质量保证的前提下，比不调整的抽检方案节约更多的检验工作量6.4.2

抽样检验的方法6.4检验质量工程6、计数调整型抽样方案-GB/T2828.1抽样检查程序规定的质量特性确定不合格品类规定AQL值规定检验水平确定抽样方案的类型确定样本量字码确定抽样方案抽取样本样本的检测判定批是否合格批的处理6.4.2

抽样检验的方法6.4检验质量工程6、计数调整型抽样方案-转移规则图6-16抽样检验宽严程度转移规则图开始

当前的转移得分至少是30分

生产过程稳定

检查或主管部门认可

以上条件同时成立

一批不被接收

生产过程不稳定或延迟

认为恢复正常检验正当的其他情况

连续5批或不到5批有2批是不接收的

连续5批接收

供应方采取了行动改进了质量放宽检验正常检验加严检验暂停检验

加严检验时，累计5批不被接收6.4检验质量工程例题：甲厂长期需要一种规格为外径、长50mm的圆柱销，由乙厂供货。乙厂长期生产该产品，质量稳定，信誉良好，每天按时分两次送1000件给甲厂，甲厂对每天送来的货物进行检验验收。由于批量大，考虑用抽样检验。试设计抽样方案（假设连续10个班生产的圆柱销进行全数检验，得到平均不合格率为2.43%）。6.5管理质量工程全面质量管理质量管理体系及质量认证6σ管理6.5管理质量工程6.5.1

全面质量管理1、定义全面质量管理（TotalQualityManagement,TQM）：一个组织以质量为中心，全员参与为基础，使顾客满意和本组织所有成员及社会受益而达到长期成功的管理途径。核心思想：企业的一切活动都围绕质量来进行6.5管理质量工程6.5.1

全面质量管理2、特点全员参与的质量管理全过程的质量管理全面质量的管理全面运用各种管理方法的管理全面经济效益的管理6.5管理质量工程6.5.1

全面质量管理3、基础工作标准化工作计量工作质量信息工作质量教育工作QC小组活动6.5管理质量工程6.5.2

质量管理体系及质量认证1、质量管理体系的建立与运行质量管理体系的策划与设计质量管理体系文件的编制质量管理体系试运行质量管理体系的审核与评审6.5管理质量工程6.5.2

质量管理体系及质量认证2、质量管理体系的认证实施程序认证申请审核准备T实施审核报告分发存档申请方提出认证申请，然后认证机构对申请方进行认证申请的审查，若通过则予以批准注册管理认证机构成立1～