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1、1 实施过程控制 2 SPC发展史 1920年 W A Shewhart 美国贝尔电话实验室 首先将数理统计的概念和方法应用到管理中 解决美军300万套军衣 军鞋的尺码问题 1924年 休哈特进一步将此方法应用于控制生产过程中产品的缺陷 即 3s 图法 也就是后来的质量控制图 第二次世界大战中武器的质量严重影响战争的进程 美国国防部用数理统计方法制定战时质量管理标准 ControlChartMethodofAnalyzingData 和 ControlChartMethodControllingQualityDuringProduction 60 70年代 全面质量管理活动在日本和其他国家兴起
2、 SPC工具得到广泛应用 80年代 ISO9000族标准将统计技术作为考察的要素之一 QS9000将SPC作为汽车行业标准的必须要求 3 统计过程控制方法1 对于计量型数据采用Xbar RChart均值极差图 最为广泛地使用 应用于小组容量小的连续数据Xbar SChart均值标准差图 应用于连续数据 小组容量可以较大 需借助计算工具X MRChart单值移动极差图 应用于难以分组的连续数据 2 对于计数型数据采用pChart应用于不合格品率npChart应用于不合格品数cChart应用于不合格数uChart应用于单位产品上的不合格数3 特殊控制图 计量型 EWMA指数加权移动均值图CUSUM
3、累加和图 4 控制图实施方案1 选择控制对象对客户关键的产品性能 过程的输出 影响关键性能的关键过程参数 过程的输入 2 选择控制方法见上页的选择路径3 进行短期数据收集 计算控制线见常数和公式表对于X R控制 短期评价不得少于25个数据组 4实施控制方案5定期评审控制图 及时调整控制线 必要时调整工艺 注意避免过度调节 有点超出控制线时有漂移趋向时非正态分布时到达预定评审日期时 5 均值 极差图 X R图 选择控制的对象客户最关心的质量部分客户投诉过程中产生报废 返工的步骤过程中效率低的步骤与重点特性相关的其他特性 准备工作 确定测量系统可操作性人员培训准确性精确性校准 6 数据收集 子组大
4、小原则 组内样品之间的差异应尽量小 推荐 4 5个连续产出的工件或样品 子组频率原则 有代表性 覆盖各种可能的变化 如换班 换人 昼夜交替和材料批次更换等 推荐 初期的时间间隔短些 确认过程稳定后可放宽 子组个数原则 子组越多越有代表性 推荐 最少25个子组 或最少100个样品读数 7 建立控制图 1计算控制线子组均值子组极差组间均值极差均值均值控制线极差控制线 X X1 X2 Xn n n为子组容量 R X最大值 X最小值 X X1 X2 Xk k k为子组个数 R R1 R2 Rk k UCLx LCLx X A2R A2 3 d2n UCLR D4R LCLR D3R 8 建立控制图 2
5、确定控制图格式一张控制图上包含一个均值图 一个极差图和相应的数据表图上应标明控制图的名称 所控制的特性 责任人等有关信息 可将控制线的计算公式和简单的参数表附在图上 可将失控的判据列于图中并预留空间用于纠正措施的记录 为节省空间 通常放在图的背面 在均值图上 坐标轴的刻度范围通常至少应为子组均值 X 范围的2倍 在极差图上 坐标轴的刻度由零开始 最大值通常应超过初始阶段所遇到的最大极差 R 的2倍 9 建立控制图 3绘制控制图将数据填入表中 将均值和极差画到控制图上 将初始控制线画用红色线到控制图上 10 实施控制 按计划的频率收集样品进行测试 将结果画入图中 控制图也可在电脑中自动绘制 电脑
6、制作方便快捷 但控制图最好由生产 管理的第一线人员自己动手描绘 这样做可以增强感性认识和责任感 具体采取何种方式 取决于被控制的对象与生产现场紧密的程度 如果出现失控的情形 组织相关人员进行分析 区分变差的特殊原因和普通原因 及时采取纠正措施 必要时调整控制线 记录所采取的措施 定期评估控制图 将因特殊原因造成的失控点排除后 重新计算 调整控制线 不断改进 提高过程的稳定性 减少变差 收窄控制线的范围 直至过程的长期能力Ppk达到要求的目标 届时可考虑结束该控制活动 变差的普通原因稳定系统产生自然波动的偶然原因统计受控可预测 变差的特殊原因造成系统突然改变的特别原因统计不受控不可预测 11 实
7、例1 熔融指数仪的稳定性监控 情景 熔融指数是描述塑料材料的热流动性的重要指标 它直接决定了塑料加工成型的工艺条件 塑料原料供应商必须控制每批产品的熔融指数并尽量保持一致 否则客户在加工制品时需要经常地调整加工参数 熔融指数仪的工作原理是 将塑料样品在料筒内加热熔融 用加载的活塞将熔融塑料从规定大小的孔中挤出 计算每分钟挤出塑料的重量 熔融指数测定值受温度 塑料的干燥程度 孔径 操作技能的影响 每日须用标准塑料样品对其进行校准 加载 熔融塑料 加热 挤出的塑料条 12 1 保存100kg均匀的标准塑料样本2 每日取三份样品 在被监视的熔融指数仪上连续地测量 将结果记入控制图的表格中 3 按此方
8、法连续监测25 30日 取得25 30组数据 4 计算计算各组的平均值X和各组的极差R 填入表中 计算总的平均值X 10 0和极差的平均值R 0 45样本容量n 3 因此查表得A2 1 023 D4 2 574计算控制线UCLx X A2R 10 0 1 023 0 45 10 5LCLx X A2R 10 0 1 023 0 45 9 6UCLR D4R 0 45 2 574 1 16因n 7 因此极差没有下限LCLR将控制线画入图中5 按计算的控制限实施控制 13 14 失控分析 SPCD 1超出控制限的点原因 a 正常情况下 控制限只覆盖99 73 3s 的点 仍有0 3 的点有机会落在
9、控制限以外 b 控制限计算错误c 数据记录错误或描点错误d 测量错误或测量系统产生变化e 过程发生较大变化 数据分布变宽 对策 对任何超出控制限的点都要进行分析 检查是否为原因b c d或e 如果是 则采取相应的措施 如果原因不明 且超出控制线不远 则可能为正常波动 暂时不采取改正行动 继续观察下一点 如果下一点仍在控制线附近 则表明过程已发生重大变化 应重新分析原因 15 2飘移 7点链 连续7点在平均值线的一侧a 均值图上出现此情形 表明过程或测量系统整体偏移 应检查过程参数 原材料和测量系统的变化 b 极差图上出现此情形 可能表明过程不稳 分布宽度增加 如果7点全部在极差平均值线以下 则
10、有可能是测量系统不敏感 或者是分布宽度变窄 好现象 连续7点上升或下降c 出现在均值图上则表明系统漂移 应检查设备的磨损和设置的飘移 检查测量系统的漂移 d 出现在极差图上则表明过程或测量系统朝着不稳的方向发展 分布变宽 16 3非正态分布随机数据分组后 其分布应遵从正态分布规律 68 2 约2 3 的点应落在 1s以内 在均值图上表现为有2 3的点落在 1s两条线之间 否则为非正态分布 可能的原因 过程或抽样方法分层 每个子组包含从来自两个或多个具有不同均值的过程的测量值 数据被人为编辑过 4其他异常点的分布呈现周期性变化 连续3点中有两点以上在控制线附近 连续7点中有3点以上在控制线附近
11、连续10点中有4点以上在控制线附近 17 定期评估 评估可定期进行 也可根据需要增加评估次数 重新计算控制限可包含以前计算控制限所用的数据 也可只选用近期的一段数据 排除已发现了并已解决了的特殊原因造成的异常点 过程能力评估取上一次评估到当前的所有数据 用子组极差的平均值来估算过程的标准偏差 用来计算短期的过程能力 s R d2用全部的单个数据来计算标准偏差S 用此来计算长期的过程性能 18 均值 标准差图方法与均值 极差图类似 不同之处是用子组的标准偏差代替小组的极差 比均值 极差图更有效地反映过程变异 比较适合子组容量大 9 的情形 但需借助计算工具 S S X X 2 n 1 UCLx
12、LCLx X A3sUCLs B4sLCLs B3s控制图的使用方法与诊断方法与均值极差图一样 19 中位数 极差图方法与均值 极差图类似 不同之处是用子组的中位数代替小组的均值 不如均值 极差图那样有效地反映过程变异 易学易用 无须太多计算 比较适合子组容量小 10 的情形 子组容量为奇数时更方便 子组容量为偶数时 中位数为中间两个的平均值 UCLx LCLx X A2RUCLR D4RLCLR D3R控制图的使用方法与诊断方法与均值极差图一样 20 单值 移动极差图 X MR 适用于测量费用大 如破坏性实验 或性质均匀的样品 化工品 不如均值 极差图那样敏感地反映过程变异 易学易用 无须太
13、多计算 简单地将每个样品的测量值描入图中 再计算相邻两个值的移动极差并描入图中即可 UCLx LCLx X E2RUCLMR D4RLCLMR D3RRn Xn Xn 1注意移动极差的个数比单值个数少一个 因移动极差通常是两个单值之间的差 因此子组容量为2 也就是说通常E2 2 66单值的分布不一定遵从正态分布 控制图的诊断方法可参考均值极差图但不完全相同 判断时一定要谨慎 21 实例2 墨水黏度监控 情景 喷码机用于产品和产品包装的标识 由于采用特别的远程喷印技术 墨水的黏度对于墨点的形成非常重要 生产时要求同种产品的黏度在批与批之间保持一致 实验室对每批墨水抽样进行黏度等性能测试 鉴于墨水
14、的化学均匀性的特点 部分可以代表整体 可采用单值 移动极差图实施控制 22 23 不合格品数np图 统计学依据计数型数据的分布遵从二项分布的规律 假定一批产品的不合格的几率为p 从中随机抽出一个容量为n的样本 那么n件产品中不合格品数X是一个离散型的随机变量 P X r Crnpr 1 p n rr 1 2 n当n充分大 n 50 np不小于5时 二项分布趋于正态分布 其均值 期望值 和标准差 方差的开方 分别为 mnp np snp np 1 p 因此当样本容量足够大时 仍可用正态分布的规律来制定控制限 UCLnp LCLnp mnp 3snp np 3np 1 p 24 数据收集 子组大小
15、原则 子组大小恒定 且足够大 满足np 5 推荐 50 200个或更多 注意大子组与收集时间长的矛盾 子组频率原则 有代表性 根据产品的周期来确定 推荐 初期的时间间隔短些 注意首先要满足子组容量的要求 子组个数原则 子组越多越有代表性 推荐 用于初期研究 最少25个子组 25 建立控制图 控制图上应包括数据表和一些必要的信息以及纠正措施记录将不合格数在图上描点 计算控制限并将控制线画在图上 np np1 np2 npk kUCLnp np 3np 1 p LCLnp np 3np 1 p np图要求n恒定 26 控制图实施 计数型数据的控制图实施方案与计量型数据的相似 可用电子表格作图失控的诊断原则和处理方法相近 注意当np 5时 数据分布不一定为正态分布 诊断时要小心 定期评估过程的能力通过平均不合格率p来表示
