过程控制的计算方法

统计过程控制的计算

一•预防与检测

检验一容忍浪费；预防一避免浪费

检验•一通过质量控制检查最终产品并剔除不符事规范的产品。在管理部门则经常靠检查或重

新检查工作来找出错误，在这种情况下都是使用检测的方法，这种方法是一种浪费，因为它允许将

时间和材料投入到生产不一定有用的产品和服务中。

预防一第一步就可以避免生产无用的输出，从而避免浪费。

“第一次就把事情做好”。仅有这样口号是不够的，所以要理解统计过程各个要项。要研究

产生变量本身的特性一过程。

二.基本概念

a.过程：是指共同作用以产生输出的供方、生产者、人、设备、输入材料、方法和环境以

及使用输出的顾客之集合。

b.过程控制系统：过程的性能取决于供方与顾客这间的沟通，过程设计和实施的方法，以

及运作和管理方式。.

c.有关过程性能的信息一与性能最有用的信息是以研究过程本身以及其内在的变化中得到的

信息（过程特性，这是我们关注的重点。

d.对过程采取措施

e.对输出采取措施

变差：过程的单个输出之间不可避免的差别。

产生变差的普通原因：随时间的推移具有稳定的

且可重复的分步过程中的许多变差的原因、我们

称之为“处于统计控制状态”。

产生变差的特殊原因：不是始终作用于过程的变

差的原因，出现时造成过程分步的改变。除非所特殊原因

有的特殊原因都被查找出来，并且采取了措施，

否则他们将以不可预测的方式来影响过程的输

出，随时间的发展，过程的输出将不稳定。

普通原因

天气的变化机器突发变化

环境的变化未依据作业标准执行作业

物料在一定范围内的变化使用规格外的原材料

依据作业标准执行作业的变化操作人员的注意力未集中

・・・・・・

正态分步：正态分步又称概率分步。如果影响某一变量的因素会很多，而每一个因素都不起决

定性作用，且这此影响是可以叠加的，那么此随机变量被认为是从正态分步的。

>局部措施：

>通常用于消除变差的特殊原因

>通常有与过程直接相关的人员实施

A通常可纠正大约15%的过程问题

>系统采取措施：

>通常用来消除变差的普通原因

>儿乎总是要求管理措施，以便纠正

>大约可纠正85%的过程问题.

三­控制图一过程控制的工具

过程特性，是我们关注的重点，我们通过研究过程本身的特性，来识别生产变差的原因，是特

殊原因还是普通原因，从而决定采取局部措施还是系统措施。

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1.收集

被研究的特性（过程或产品）的数据收集后将之转化成可以画在控制图上的形式。

2.这些数据可以是一个加工零件的尺寸的实测值，一批在制品的缺陷数，可以是不同时间段产线不

良率…

3.控制

利用数据计算控制限，将他们画在图上作为分析的指南。

控制线并不是规范限值或目标，而是基于过程的自然变化性和抽样计划。--控制界限&规格界限

4.然后，将数据与控制限相比较来确定变差是否稳定而且是否仅是普通原因引起的。（后面讲到控制

图识别再详细说明）如果明显存在变差的特殊原因，应对过程进行研究从而进一步确定影响它的是

什么。在采取措施后（一般是局部措施）后，再进一步收集数据，如有必要则重新计算控制限。

5.分析及改进

四•当特殊原因被消除之后，过程在统计控制状态下运行，可继续使用控制图作为监控工具,

可计算过程能力。-CPK&PPK

五•计量型数据控制图

1.计量值数据的控制图广泛应用的原因：

2.大多过程和其输出具有可测量性，所以其潜在应用很广泛。

3.量化的值（例如：直径12.3mm）比简单的OKANG包含的信息要更多。

4.通过测量部分数据就可以获得一定的信息，比较全部检查才知道其质量状况，所需的成本更

低。

由于在作出可靠的商定之前，只需要检查少量的产品，因此可以缩短零件生产和采取措施之间间

隔。

用计量型数据，可以分析一个过程的性能，可以量化所作的改进，利于采取措施进行持续改

善。

五.-R管制图

准确

a.通常在子女且抽檬5件^^的崖品

b.周期性抽样，如：每15分伊抽样一次，每班抽样两次。

子组大小确定,如收集20组子组数据。（抽样数:20组*5件=100件）

建立控制图及原始数据（图在R图的下上方,R图下面再接一数据栏，同时包括记录数据的和、

均值（X）、极差（R）及日期或时间）。

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计算每个子组的均值（）和极差（R）,并画在控制图上，它们分别反应了整个过程的均值和其变

量。

每个子组，计算：

X=（Xl+X2+X3+...Xn）/nR=X果大值-X录小值

c.选择控制图的刻度

d,将均值和极差画到控制图上

B.计算控制限

a.计算控制限

显示仅存在变差的普通原因时子组的均值和极差的变化和范围。（X-S控制图考虑变差产生的普通

原因和特殊原因）

X=sxa«/子组数R=SR子组数

UCLx=X+AzRUCLR=D4*R

LCLX=X-A2RLCLR=D3*R

式中

D4.D3.A

2为常数,

它们随样

本容量的

不同而不

2345678910

同,下表

是样本容

量不司的

一个常数

表,

n

D43.272.572.282.112.001.921.861.821.78

D3/////().080.140.180.22

D21.131.692.062.332.532.72.852.973.08

Az1.881.020.730.580.480.420.370.340.31

b.在控制图上作出平均值和极差控制限的控制线。

1mlIIIIIIIII

W

80

70

60—

51)X

40

30

20

10Ir*iv

00

HM)1rr,i

•X)D

80

70

60

50-

R

40

30

20

10

1)0LCLR

II1118.'1428/3KM

时间8ID12281012281012281012210122

1

2

演

tt3

4

5

SUM

X

R

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c.过程控制解释

a.超出控制限的点

>超出一个或多个点超出任何一个控制限

b.该点处于失控状态的主要言正据。因为只有在普通原因引起变差的情况下超出控制限的会很

少，我们便假设该超出的是由特殊原因造成的。因此，超出控制点应立即进行分析，找出存在特殊

原因的信号，给任何超出控制的点作标记，以便根据原因实际开始的时间进行调查，采取纠正措

施。

c.控制限之内的图形式趋势

>当出现非随机性的图形时，尽管所有的极差都在控制限内，也表明出现这种图形或趋势的时

期内过程失控或过程分布宽度发生变化。应该纠正不利条件。

>连续7个点出现在中心线之上或之下；

>7个点连续下升或下降；

1>其它明显非随机的图形：

2>连续的11点中至少有10点出现在一侧时;

3>连续的14点中至少有12点出现在一侧时;

4>连续的17点中至少有14点出现在一侧时;

5>连续的20点中至少有16点出现在一侧时;

接近中心线时，在中心与控制界限之间画出等分线，如果点子大部分在靠近中心线两侧，即可判定

为异常。

在接近控制限时，在中心线与控制限间三等分线，如果在外侧的1/3区间内存在下述情况可

判定为异常:

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＞连续3点中有2个点（该2点可不连续）在外侧的1/3带状区间内；

＞连续7点中有3个点（该3点可不连续）在外侧的1/3带状区间内；

＞连续10点中有4个点（该2点可不连续）在外侧的L3带状区间内；

D.计算过程能力

过程能力是指按标准偏差为单位来描述的过程均值与规范界限的距离。

1.计算过程的标准偏差。=R/D2

2.计算过程能力

CPK=(USL-X)/3oR，D2或CPK=(X-LSL)/3。R/D2

.评价过程能力1

3工序能力等级图例

工序能力指数1

CP>1.67SCLjKSCL

特级工序能力过高

CL

4.提高过程能力

六,为了提向高过程能力，必须重视减少普通原因。必须将注意力直接集中在系统中,

即造成过程变异性的根本原因，例：机器性能、输入材料的一致性、过程操作的基本操作方法、培

训方法或工作环境。

七•均值和标准差图(X-S)

I.利用下列公式计算每个子组的标准差：

s=VS(Xi-X)2/(n-l)

其中：Xi-表示子组的单值；一表示均值；n-表示样本容量(单值读数的总个数)。

2.计算控制限：

X=2(X1+X2+X3+…Xn)/nS=2s各《/子组数

UCLx=X+A3sUCLs=B4s

二——.

LCLx=X-A3sLCLs=B3s

样本容量

为2-10

的常数234567891()

值：

n

B43.272.572.272.2091.971.881.821.761.72

B3////0.030.120.190.240.28

A32.661.951.631.431.291.181.101.030.98

C40.7980.8860.9210.9400.9520.9590.9650.9690.973

3.过程控制解释

同X-R控制图

4.过程能力解释

估计过程标准差：

。s=S/C4

PPK=（USL-X）/3os或PPK=（X-LSL）/3。s

八•不合格率P图

P图用来测量在一批检验项目中不合格品（不符合或所谓的缺陷）项目的百分数。

>在使用P图前，必须采取以下几个预备步骤发：

>建立一个适于行动的环境。

>定议过程。必须根据它与其它操作/使用者的关系，影响过程每一个阶段的过程/要素

（人、设备、材料、方法和环境）来理解过程。

1.确定要管理的特性。将精力集中在对过程改进最有积极作用的那些特征上。应适当考虑

以下因素：

顾客的需求。包括使用产品或服务作为输入的任何后续过程，以及使用最终产品的顾客：

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2.当前以及潜在的问题区域。考虑现在的浪费或性能不好的^据（如废品、重新加工、过

度超时、与目标值不符等）以及在风险的区域（如：对产品的设计或服务，或过程中任意要素即将

进行变化）。

>特性的相互关系。充分利用特性间的关系是有效的现实研究方法，如果一个项目的几

个不同的特性变化趋向于合并，对其只描绘一个特性就够了。

>定议测量系统。

>使不必要的变差最小。

A.数据收集

1.选择子组的容量，频率及数量

2.计算子组的不合格率（P）

P=nP/n

n—被检项目的数量

np…发现不合格项目的数量

P一不合格率

3.选择控制图的坐标刻度

4.将不合格率描绘在控制图上

B.计算控制限

1.计算过程平均不合格率

对于K个子组的研究时期，

P=（n1P+n2P+…+nkP）/（nI+n2+…nk）

式中：nlPl,n2P2,・・・nkPk为每一组内不合格项目数。

nl,n2,…nk为检查的项目数。（如果抽样为恒定，则nl,n2…相同。）

2.注意：不要混淆不合格品百分数（P*100）和不合格率（P）。

3.计算上、下控制限（UCL、LCL）

UCLP=P+3VP(l-P)/nLCLP=P-3VP(l-P)/n

式中：n为恒定的样本容量。

4.当很小和/或n很小时,LCL的计算值有时会为负值，在这种情况下则没有下控制限，因

为即使在极精确的时期内P=0时，也在随机变差极限之内,

5.画线标注。

在初始研究阶段，这些被认为是试验控制限。

上述控制限。限于计算公式适用于子组容量相同的情况下(因为它们是处于受控的取样情

况)，理论上，只要对每个具有不同样本容量的子组应分别计算各组的控制限。但实际应

用时，当各子组容量与其平均值相差不超过正负25%时(典型的处于相对稳定的条件下

的实际生产量)，可用平均样本容量()来计算控制限。在这种情况下，

UCLp,LCLp=±3V(1-)/n

当子组容量的变化超过正负25%时，则要求单独计算这些特别小或特别大样本时期的控

制限。

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C.注意：任何处理可变控制限的程序都会变得麻烦，并且可能会解释控制图的人员造成混

淆。如果可能的话，最好是调整数据收集计划，从而使用恒定的样本容量。

D.过程控制用控制图解释

1.异常判定同X-R管制图。

2.寻求并纠正特殊原因

3.重新计算控制限

E.过程能力解释

过程能力由计数值控制图与计量值控制图在观念上不同：

计数型数据控制图上每一点直接表明不符合顾客要求的不合格(不符合规范)的百分

数或比值；能力可直接定议为不合格品和平均白分数或比例。

1.计量型控制图上的点表明该过程正在产生与工程规范无关的结果；过程能力指的是将/

或不将过程中心调到规范的目标值后，过程产生的总的变差。

2.计算过程能力

不合格品的标准偏差：

op=VP(l-P)/n

3.计算工序能力指数

CP=(UCLP-P)/3。p

八、计数值与计量值控制图应用比较

计量值计数值

1〉甚灵敏，容易调查原因；1〉所需数据可用简单办法获得；

优点2＞可及时反应不良，使质量稳定c2〉对整体质量状况了解较方便。

3＞可及时反应不良，使质量稳定。

1〉抽样频率高，费时，麻烦；1＞无法寻求不良原因；

缺点

2＞数据需测定和计算，须受训练2＞及时性不足，易延误时机。

之人方可胜任。3〉及时性不足，易延误时机。

3>数据需测定和计算，须受训练

之人方可胜任。

九、统计过程术语

>过程固有变差仅用于普通原因产生的那一部分过程的变差；该变差可通

过R/d2来估计，也可以用其它量（S/C4）o

>过程变差--由于普通和特殊两种原因所造成的变差，本变差可用样本橘准

差S来估计。（S是用所有单值读数计算出来的）即S二JS（Xi-）2/（n-l）

过程能力一一仅用于统计稳定的过程，是过程固有变差的6。范围，式中。通常由/（12

计算而得。

过程性能一…过程总变差的6o范围，式中。通常通过样本的标准差S计算而得，即

。s=/c4o

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十、过程测量指数

符号名称定议计算公式备注