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1、,工序质量控制,奚教授,机械工程学院 工业工程系,工序能力,1、了解工序能力和工序能力指数的涵义； 2、掌握工序能力指数在各种情况下的计算方法； 3、掌握工序不合格品率计算方法； 4、掌握工序能力指数的判定和提高工序能力指数的途径；,本章主要要求,本章主要内容：,概念,生产制造过程控制的核心是工序质量控制，其质量职能具体表现在以下三方面： （1）严格执行制造质量计划； （2）保证工序质量处于受控状态； （3）有效控制生产节拍，及时处理质量问题，保证均衡生产、文明生产。,质量波动及其原因,质量差异是生产制造过程的固有本质，质量的波动具有客观必然性。,工序质量控制的任务，是要把质量特性值控制在规定
2、的波动范围内，使工序处于受控状态，能稳定地生产合格品。,从引起质量波动的原因的性质来看，可分为： 1、偶然性波动（chance of cause of variation） 2、系统性波动（assignable of cause of variation）,质量波动及其原因,从引起质量波动的原因的性质来看，可分为：,偶然性波动,系统性波动,偶然性波动由大量的、微小的不可控因素的作用而引起，这种波动具有随机性。偶然性的波动称为正常波动。工序质量控制的任务是使正常波动维持在适度的范围内。,系统性波动由少量的、但较显著的可控因素的作用而引起，这种波动不具有随机性。系统性的波动称为异常波动。工序质量控
3、制的任务是及时发现异常波动，查明原因，采取有效的技术组织消除系统性波动，使生产过程重新回到受控状态。,质量波动及其原因,偶然性波动,系统性波动,偶然性波动,系统性波动,转化,相对的,质量波动及其原因,操作者 man,材料 material,机器设备 machine,工艺方法 method,工序质量是诸多因素的综合作用，将影响工序质量的因素归纳为“5M1E”,测试手段 material,环境条件 environment,产品设计,工艺选择,计划调度,人员培训,工装设备,物资供应,计量检验,安全文明,人际关系,劳动纪律,质量波动的统计规律,质量特性值的波动具有统计规律性,质量波动的个别观测结果具有
4、随机性，但在受控状态下的大量观测结果必然是呈现某种统计意义上的规律性。这种统计规律性是统计质量控制的必要前提和客观基础,统计质量控制是统计质量管理中的一个重要问题,所谓统计质量控制，就是对生产过程中工序质量特性值进行随机抽样，通过所得样本对总体作出统计推断，采取相应对策，保持或恢复工序质量的受控状态。,工序质量的两种状态,生产过程中，工序质量有两种状态：,受控状态 In control,失控状态 Out of control,生产过程的受控状态,0,X(X),0,上控制界限UCL,下控制界限LCL,t,生产过程的失控状态,1,X(X),0,上控制界限UCL,下控制界限LCL,t,0, 0 ，
5、= 0 ， 保持稳定。这时，从表面看，过程状态是稳定的，但由于质量特性或其统计量的分布集中位置（ ）已偏离控制中心（ 0 ），黑点越出控制界限某侧的可能性变大。,生产过程的失控状态, =0 ， 0 ， 保持稳定。这时，由于质量特性或其统计量的分布分散程度（ ）变大，导致黑点越出控制限两侧的可能性变大。,0,X(X),0,上控制界限UCL,下控制界限LCL,t,生产过程的失控状态, 0 ， 0 ， 和都保持稳定。这时，失控状态更复杂，失控程度可能更严重。,生产过程的失控状态, 和中至少有一个不稳定，随时间变化。下图表示分布集中位置 不断增大时的工序质量失控状态。,X(X),上控制界限UCL,下控
6、制界限LCL,t,工序控制的基本要求,一旦发现工序质量失控，就应立即查明原因，采取措施，使生产过程尽快恢复受控状态，尽可能减少因过程失控所造成的质量损失。,工序控制的基本过程,发现,反馈,纠正,分析,生产过程中工序质量分析,概念,工序能力是指处于稳定状态下的工序实际加工能力。,稳定生产状态下的工序应该具备以下几方面的条件： 原材料或上一道工序半成品按照标准要求供应； 本工序按作业标准实施，并应在影响工序质量各主要因素无异常的条件下进行； 工序完成后，产品检测按标准要求进行。 在非稳定生产状态下的工序所测得的工序能力是没有意义的。,工序实施以及前后过程均应标准化,概念,工序能力可用工序质量特性值
7、分布的分散性特征来度量；。,B = 6,用途： 1、选择经济合理的工序方案； 2、协调工序之间的相互关系； 3、验证工序质量保证能力；,工序能力测定,工序能力的测定一般是在成批生产状态下进行的，工序满足产品质量要求的能力主要表现在以下两个方面: 产品质量是否稳定; 产品质量精度是否足够。,工序能力测定,当确认工序能力可以满足精度要求的条件下，工序能力是以该工序产品质量特性值的变异或波动来表示。产品质量的变异可以用频数分布表、直方图、分布的定量值以及分布曲线来描述。在稳定生产状态下,影响工序能力的偶然因素的综合结果近似地服从正态分布。为了便于工序能力的量化,可以用3原理来确定其分布范围:当分布范
8、围取为 3时,产品质量合格的概率可达99.7%接近于1。因此以 3,即6为标准来衡量工序的能力是具有足够的精确度和良好的经济特性的。所以在实际计算中就用6的波动范围来定量描述工序能力。记工序能力为B，则B= 6。,质量要求,用3控制原则来控制生产，当生产过程处于稳态时，产品的合格率99.7%。,99.73% * 99.73% * .* 99.73% = 76.31%,100,500,99.73% * 99.73% * .* 99.73% = 25.88%,质量要求,用3控制原则来控制生产，当生产过程处于稳态时，产品的不合格率2.73%0 。,用6控制原则来控制生产，当生产过程处于稳态时，产品的
9、不合格率2ppb 。,ppb , parts per billion, 10-9,影响工序能力的因素,设备,如设备精度的稳定性,性能的可靠性,定位装置和传动装置的准确性,设备的冷却润滑的保护情况,动力供应的稳定程度等。,工艺,如工艺流程的安排,工序之间的衔接,工艺方法、工艺装备、工艺参数、测量方法的选择,工序加工的指导文件,工艺卡、操作规范、作业指导书、工序质量分析表等。,材料,如材料的成分,物理性能,化学性能处理方法,配套件元器件的质量等。,操作者,如操作人员的技术水平熟练程度,质量意识,责任心,管理程度等。,环境,如生产现场的温度、湿度、噪音干扰、振动、照明、室内净化、现场污染程度等。,主
10、导性因素,工序能力是上述5个方面因素的综合反映,但是在实际生产中,这5个因素对不同行业、不同企业、不同工序,及其对质量的影响程度有着明显的差别,起主要作用的因素称为主导因素。 如对化工企业来说,一般设备、装置、工艺是主导性因素。 又如机械加工的铸造工序则主要因素一般是工艺过程和操作人员的技术水平, 手工操作较多的冷加工、热处理及装配调试中的操作人员的水平是主要影响因素。 精密设备和电子产品则环境条件的影响更为重要等等。 这些因素对产品质量都起着主导作用,因而是主导性因素。,进行工序能力分析的意义,质量标准是指工序加工产品必须达到的质量要求,通常用标准、公差(容差)、允许范围等来衡量,一般用符号
11、T表示。 质量标准(T)与工序能力(B)之比值,称为工序能力指数,记为Cp。,工序能力指数Cp值,是衡量工序能力大小的数值。对于技术要求满足程度的指标,工序能力指数越大,.说明工序能力越能满足技术要求,甚至有一定的能力贮备。但是不能认为工序能力指数越大,加工精度就越高或者说技术要求越低。,Cp = = ,T T,B 6,技术要求,工序能力,工序能力指数的计算,计量值为双侧公差而且分布中心和标准中心重合的情况,分布中心和标准中心不重合的情况,计量值为单侧公差情况,计件值情况下,计点值情况下,工序能力指数的计算,工序能力指数的计算,计量值为双侧公差而且分布中心和标准中心重合的情况,6,T,T u,
12、T L,(M),Cp = = ,T T,B 6,Cp = = ,T T L - T u,6S 6S,工序能力指数的计算,分布中心和标准中心不重合的情况,Cpk = Cp(1-K),其中 K = 2/T,工序能力指数的计算,计量值为单侧公差情况,工序能力指数的计算,计件值情况下,Cp = (T )/ 3,工序能力指数的计算,计点值情况下,Cp = (T )/ 3,不良频率的计算,当质量特性的分布呈正态分布时，一定的工序能力指数与一定的不良品率相对应。,1、分布中心和标准中心重合的情况,P = 2 ( -3Cp ),2、分布中心和标准中心重合的情况,P = 1 - ( 3Cpk ) + (- 3Cp) (1+K) ,质量的四个等级,一级 检查,二级 保证,三级 预防,四级 完美,通过检查保证质量 几乎没有质量意识及专门知识,提高工艺稳定性 工人开始参与,开发阶段工艺能力以及可否生产性 供应商一体化,面向直接客户，产品质量优越 企业文化重组,4800ppm 废品率5% 返工率3%,900ppm 废品率3.1% 返工率2.7% Cpk 1.33,300ppm 废品率1.5% 返工率1.7% Cpk 1.67,100ppm 废品率0.8% 返工率0.8% Cpk = 2.0,
