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1、Statistical Process Control,统计过程控制,1 持续改进及统计过程控制概述,统计技术与统计过程的联系与区别 适用范围不同 SPC仅适用于过程控制 统计技术理论是SPC基础与工具 SPC的目的是研究变差并持续改进,1.1 预防与检测 a.检测-容忍浪费 b.预防-避免浪费 c.预防的核心是过程控制,1 持续改进及统计过程控制概述,1.2 过程控制系统 a.过程: 人(供方生产者)机料法环及顾客; b.性能信息: 重点是过程特性; c.对过程采取措施: 重要特性改变操作或基本因素; d.对输出采取措施: 检验和不合格处理;,1 持续改进及统计过程控制概述,1.3 变差的普
2、通及特殊原因 a.变差:过程的单个输出之间不可避免的差别; 如:电机轴外径尺寸;汽车发动机的怠速油耗和扭矩等; b.普通原因:造成随着时间推移具有稳定的且可重复的 分布过程中的许多变差原因,如刀具或机器磨损造成的 变差等;此种称之为“受统计控制”; c.特殊原因:造成不是始终作用于过程的变差的原因,如 设备故障,人员更换,环境条件明显变化等; d.数据分布图形的特性:位置,分布宽度,形状;,1 持续改进及统计过程控制概述,1.4 局部措施和对系统采取措施 a.特殊原因的措施: 简单的统计过程控制技术可检查变差的特殊原因;应由操作直接有关的人员采取局部措施;可纠正大约15%的过程问题; b.普通
3、原因的措施: 简单的统计过程控制技术可检查变差的范围;由管理人员采取系统措施;,1 持续改进及统计过程控制概述,1.5 过程控制和过程能力 过度控制:平衡不需控制而采取措施; 控制不足:需要控制时未采取措施; 过程能力:一个稳定过程的固有变差的总范围;过程能力由造成变差的普通原因来确定; 过程能力与顾客期望:检查并消除变差的特殊原因,使过程处于受统计控制状态,其性能可预测,则可评定满足顾客期望的能力;,1 持续改进及统计过程控制概述,过程分类:,控制,1 持续改进及统计过程控制概述,可接受的过程:处于统计控制状态并且固有变差必须 小于图纸的公差; 1类过程:受统计控制并且满足要求,可接受; 2
4、类过程:受统计控制但因普通原因造成过大的变差; 3类过程:符合要求,可接受,但不受控,需识别特殊原因 并消除; 4类过程:即不受控,又不可接受;,1 持续改进及统计过程控制概述,能力与能力指数 能力指数:过程的分布宽度或不合格的平均比例/比率; 计算过程能力的基本条件:受统计控制; 能力指数的分类:长期/短期; 短期能力研究:一个操作循环获取的测量结果分析;用于判定是否受控,是否采取解决特殊原因的措施; 长期能力研究:在短期稳定基础上的较长时间所进行的测量结果的分析;,1 持续改进及统计过程控制概述,1.6 控制图-过程控制的工具 控制图:区分变差的普通及特殊原因的工具; 控制图的步骤: 1.
5、收集:收集后转换成可画到控制图上的形式; 2.控制:利用数据计算试验控制限,并画在图上; 3.分析和改进:长期监控和改进过程;,1 持续改进及统计过程控制概述,1.7 控制图的益处 -供正在进行过程控制的操作者使用； -有助于过程在质量和成本上能持续地，可预测地保持下去； -使过程达到：更高的质量 更低的单件成本 更高的有效能力 -为讨论过程的性能提供共同的语言； -区分变差的原因，采取对应的措施;,1 持续改进及统计过程控制概述,2 计量型数据控制图,计量型数据控制图的优势: 应用广泛; 包含信息较多; 相对获取的信息而言,测量的费用较低; 检查数量少,可提高效率; 可量化改进; 计量型控制
6、图的特点: -描述位置的X图; -描述分布宽度的R图;,常用的计量型控制图 均值极差图(X-R图):适用于样本容量较多的情况; 均值和标准差图(X-s图):极差容易计算且样本容量小; 中位数图(X-R图):易于使用; 单值和移动极差图(X-MR):适用于测量费用较大时;,2 计量型数据控制图,2.1 均值和极差图(X-R图) 作图准备: -适合的环境; -定义过程; -确定作图的特性:顾客需求,潜在问题,特性之间的关系; -定义测量系统; -使不必要的变差最小化;,2 计量型数据控制图,作图步骤: A. 收集数据:子组包括2-5件连续的产品,周期型的抽取 A.1 选择子组大小频率和数据 a.
7、子组大小:过程初期4-5件连续产品,单一过程流; b. 子组频率:过程初期在很短的时间间隔分组,稳定后, 可增加时间间隔; c. 子组数的大小:100或更多的单值读数的25个或更 多个子组;,2 计量型数据控制图,A.2 建立控制图及记录原始数据 X和R值为纵坐标,子组的时间先后次序为横坐标; 数据包括:读数,读数和,均值,极差以及日期等; A.3 计算每个子组的均值(X)和极差(R) A.4 选择控制图的刻度 X图:刻度值的最大值与最小值差的2倍; R图:刻度值从最低值0开始到最大值之间的差值为 初始阶段所遇到的最大极差(R)的两倍; A.5 将均值和极差画到控制图上,2 计量型数据控制图,
8、B. 计算控制限 B.1 计算平均极差(R)及过程均值(X); B.2 计算控制限 极差上控制限:UCLR=D4R; 极差下控制限:LCLR=D3R; 均值上控制限:UCLX=X+A2R; 均值下控制限:LCLX=X-A2R;,2 计量型数据控制图,B.3 在控制图上作出平均值和极差控制限的控制线 平均极差R与过程均值X画成水平直线,各控制线画成 水平虚线,并标记符号; 初始阶段称为试验控制限;,2 计量型数据控制图,C. 过程控制解释 C.1 分析极差图上的数据点 R图分析 a)超出控制限的点 超出上控制限说明: -控制限计算错误或描点时描错; -分布宽度增大; -测量系统变化或没有适当的分
9、辨力; 超出下控制限说明: -控制限或描点错误; -分布宽度变小; 测量系统已改变;,2 计量型数据控制图,b)链 -连续7点位于平均值的一侧; -连续7点上升或下降; 高于平均极差的链或上升链说明: -输出值的分布宽度增加,需要纠正; -测量系统改变; 低于平均极差的链或下降链说明: -输出值分布宽度减小; -测量系统改变,掩盖过程的真实性;,2 计量型数据控制图,c)明显的非随机图形 各点与R的距离: 大约2/3的描点应落在控制限的中间1/3的区域内,大约 1/3的点落在其外的2/3的区域; 如果超过90%的点落在控制限1/3的区域内,则应调查: -控制限或描点已计算错误或描错; -过程或
10、取样方法被分层; -数据已经过编辑; 如果少于40%的点落在中间1/3的区域,则应调查: -控制限或描点已计算错误或描错; -子组数据包含了多个不同过程流的测量值;,2 计量型数据控制图,C.2 识别并标注特殊原因(极差图) 识别标注分析对策改进 C.3 重新计算控制限(极差图) 排除所有受已被识别并解决或固定下来的特殊原因 影响的子组,重新计算新的平均极差和控制限并画图;,2 计量型数据控制图,C.4 分析均值图上的数据点 a)超出控制限的点: -控制限计算错误或描点时描错; -过程已改变,一点或趋势; -测量系统变化; b)链 -连续7点位于平均值的一侧; -连续7点上升或下降; 表明:
11、-过程均值已改变; -测量系统改变;,2 计量型数据控制图,c)明显的非随机图形 各点与X的距离: 大约2/3的描点应落在控制限的中间1/3的区域内,大约1/3的点落在其外的2/3的区域;1/20的点应落在控制限较近之处.大约1/150的点落在控制限之外,可认为系统受控,就是说99.73%的点位于控制限内; 如果超过90%的点落在控制限1/3的区域内,则应调查: -控制限或描点已计算错误或描错或重新计算错; -过程或取样方法被分层; -数据已经过编辑; 如果少于40%的点落在中间1/3的区域,则应调查: -控制限或描点已计算错误或描错; -子组数据包含了多个不同过程流的测量值;,2 计量型数据
12、控制图,C.5 识别并标注特殊原因(均值图) 识别标注分析对策改进 C.6 重新计算控制限(均值图) 排除所有受已被识别并解决或固定下来的特殊原因 影响的子组,重新计算新的过程均值和控制限并画图;,2 计量型数据控制图,D. 过程能力解释 过程处于统计稳定状态; 过程的各测量值服从正态分布; 工程及其它规范准确地代表顾客的需求; 设计目标值位于规范的中心; 测量变差相对较小; 过程能力评定:将过程输出的分布与过程规范相比;当分布图形为正态时,可作简单计算；,2 计量型数据控制图,D.1 计算过程的标准偏差 =R/d2;,D.2 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
13、界限的距离,用Z表示;,2 计量型数据控制图,-对于单边容差:Z=USL-X/或Z=X-LSL/ -对于双向容差:ZUSL=USL-X/ ZLSL=X-LSL/ 对于单边容差,通过Z值即可查到相应超出规范的百分比; 对于双向容差,分别计算超过上下规范限值的百分比,然后 结果相加,得出百分比; Z也可转化为能力指数Cpk: Cpk=Z/3=CPU或CPL的最小值; 如果Z=4,则过程能力指数为Cpk=1.33;,2 计量型数据控制图,D.3 评价过程能力 通常要求全面能力指数Z3或Cpk1.00, 对于重要产品特性的新过程能力指数要求为Z4或Cpk1.33; D.4 提高过程能力 应将精力集中在
14、减少普通原因上,即采取系统的纠正措施; D.5 对修改的过程绘制控制图并分析 控制图是验证措施是否有效的一种方式;,2 计量型数据控制图,2.2 单值和移动极差图(X-MR) 适用于测量费用很大(例如破坏性试验)的情况, 或当在任何时刻点的输出性质比较一致时; A. 收集数据:25个单值,24个移动极差; 单值图的刻度按下列最大者选取: a)产品的规范容差加上超过规范的读数的允许值; b)最大单值读数与最小单值读数之差的1.5-2倍; 移动极差图的刻度与X图一致;,2 计量型数据控制图,B. 计算控制限 极差上控制限:UCLMR=D4R; 极差下控制限:LCLMR=D3R; 单值上控制限:UC
15、LX=X+E2R; 单值下控制限:LCLX=X-E2R;,2 计量型数据控制图,C. 过程控制解释 超出控制限的点,表明存在特殊原因; D. 过程能力解释 如果过程处于正态分布,只要过程处于统计控制状态,就可用的估计值来评价过程能力;,2 计量型数据控制图,2.3 计量型数据的过程能力和过程性能的理解 A. 过程术语的定义 过程固有变差:仅由于普通原因产生的过程变差; 过程总变差:由于普通和特殊两种原因所造成的变差; 过程能力:仅适用于统计稳定过程,是过程固有变差的6; 过程性能:过程总变差的6范围;,2 计量型数据控制图,B. 过程量度的定义 B.1 指数 Cp:能力指数,定义为容差宽度除以
16、过程能力; Pp:性能指数,容差范围除以过程性能; CPU:上限能力指数; CPL:下限能力指数; Cpk:过程中心的能力指数; Ppk:过程中心的性能指数;,2 计量型数据控制图,3 用于计数型数据的控制图,3.1 不合格品率的p图 A. 收集数据 A.1 选择子组的容量,频率及数量 a)子组容量一般要求较大的子组容量(50-200); b)分组频率根据产品的周期分组; c)分组的数量25或更多的子组; A.2 计算每个子组内的不合格品率(p) 被检项目的数量n; 发现的不合格项目的数量np; 不合格品率:p=np/n;,A.3 选择控制图的坐标刻度 不合格品率为纵坐标,子组频率为横坐标,纵坐标的刻度从0到最大不合格率的1.5-2倍; A.4 绘制控制图 描绘p值点并连线检查;,3 用于计数型数据的控制图,B. 计算控制限 B.1 计算过程平均不合格率(p) p=n1p1+n2p2+nkpk/n1+n2+nk B.2 计算上下控制限(UCL,LCL) B.3 画线并标注 过程均值(p)-水平实线; 控制限(UCL,LCL)-水平虚线; 在初始研究阶段,为试验控制限;确定可能超过其平均
