SPC推广教材-统计理论

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1、2007-6-21SPC(Statistical Process Control)统计过程控制统计过程控制SPC推广教材之三_统计理论赵文杰河北中兴汽车制造有限公司产品技术科产品技术科2007-6-21主要内容主要内容n过程变差n统计过程的目的n控制图u概念u控制图益处u控制图的选择u注意事项u控制图的声音u控制图的判稳准则u控制图的判异准则2007-6-21过程控制的需要检测容忍浪费预防避免浪费2007-6-21输入 (材料)机器人方法过程 (生产/装配)输出 (产品)反馈 (测量/检验)测量系统材料过程变差过程变差2007-6-21变差变差范围范围范围范围每件产品的尺寸与别的不同2007-

2、6-21过程变差过程变差范围范围范围但它们形成一个模型，若稳定，可以描述为一个分布2007-6-21过程变差过程变差分布可以通用过以下因素来加以区分或这些因数的组合范围范围范围位置位置分布宽度分布宽度形状形状2007-6-21过程变差过程变差n输入材料u不同批次之间的差异u批次内的差异u随时间产生的差异u随环境而产生的差异2007-6-21过程变差过程变差n生产/装配u设备及工装夹具的差异u随时间而产生的磨损，漂移等u操作工之间的差异(如手工操作的过程)u设置的差异u环境的差异2007-6-21过程变差过程变差n输出产品u输出的产品随时间而产生的变化u输出的产品随环境而产生的变化2007-6-

3、21过程程变差差n反馈 - 测量u由于测量用于过程中的所有组成部分，测量的变差会对过程的各个阶段产生影响偏倚稳定性重复性再现性分辨率2007-6-21过程变差过程变差n过程的变差分两个类型u普通原因造成的变差：随着时间的推移具有稳定的且可重复的分布过程的变差的原因“处于统计过程控制”、“受控”、输出可以预测；u特殊原因造成的变差：不稳定的、不是始终作用于过程的变差原因“非受控”、输出不可预测。2007-6-21过程变差过程变差n普通原因变差u影响过程中每个单位u在控制图上表现为随机性u没有明确的图案u但遵循一个分布u是由所有不可分派的小变差源组成 u通常需要采取系统措施来减小2007-6-21

4、过程变差过程变差目标直线预测范围时间如果只存在变差的普通原因，如果只存在变差的普通原因，随著时间的推移，过程的输出随著时间的推移，过程的输出形成一个稳定的分布并可预测形成一个稳定的分布并可预测2007-6-21过程变差过程变差n特殊原因变差u间断的，偶然的，通常是不可预测的和不稳定的变差u在控制图上表现为超出控制限的点或链或趋势u非随机的图案u是由可分派的变差源造成该变差源可以被纠正2007-6-21过程变差过程变差目标直线预测 范围时间 如果存在变差的特殊原因，如果存在变差的特殊原因，随著时间的推移，随著时间的推移，过程的输出不稳定过程的输出不稳定？2007-6-21过程变差过程变差n工业经

5、验建议为：u局部措施： 只有15的过程变差是由特殊原因引起的，可以通过与操作直接有关的人员纠正u系统措施：大部分 (其余的85%)的过程变差是由普通原因引起的， 需要管理人员通过对系统采取措施进行纠正2007-6-21统计过程控制目的之一：识别出过程是否存在特殊原因变差，当有特殊原因变差时，由操作者采取措施消除它，使过程变稳定。2007-6-21过程控制和过程能力过程控制和过程能力过程控制过程控制受控(消除了特殊原因)时间范围不受制(存在特殊原因)2007-6-21过程控制和过程能力过程控制和过程能力过程能力规范上限受控且有能力符合规范(普通原因造成的变差已减少)时间受控但没有能力符合规范(普

6、通原因造成变差太大)2007-6-21过程控制和过程能力过程控制和过程能力n每个过程可以分类如下：u受控或不受控u是否有满足客户要求 满足要求 受控 不受控 符合(合格) 1类 3类 不符合(不合格) 2类 4类2007-6-21过程控制和过程能力过程控制和过程能力1 1类类 ( (符合要求，受控符合要求，受控) )n是理想状况。为持续改进可能需要进一步减小变差2 2类类 ( (不符合要求，受控不符合要求，受控) )n存在过大的普通原因变差n短期内，进行100%检测以保护客户不受影响n必须进行持续改进找出并消除普通原因的影响2007-6-21过程控制和过程能力过程控制和过程能力3 3类类 (

7、(符合要求，不受控符合要求，不受控) )n有相对较小的普通原因及特殊原因变差n如果存在的特殊原因已经明确但消除具影响可能不太经济，客户可能接受这种过程状况4 4类类 ( (不符合要求，不受控不符合要求，不受控) )n存在过大的普通原因及特殊原因的变差n需要进行100%检测以保护客户利益 n必须采取紧急措施使过程稳定，并减小变差2007-6-21过程控制和过程能力过程控制和过程能力n判断一个过程是否满足规格要求： 过程能力指数 - Cpk过程性能指数 - Ppkn判断一个过程是受控还是不受控用：控制图2007-6-21统计过程控制目的之二：判定过程是否受统计过程控制。 过程改进循环过程改进循环1

8、、分析过程、分析过程 2、维护过程、维护过程 本过程应做什么？ 监控过程性能 会出现什么错误？ 查找变差的特殊原因并 本过程正在做什么？ 采取措施。 达到统计控制状态？ 确定能力 计划 实施 计划 实施 措施 研究 措施 研究 计划 实施 3、改进过程、改进过程 措施 研究 改进过程从而更好地理解 普通原因变差 减少普通原因变差2007-6-21控制图控制图2007-6-21基本概念基本概念n1920年由 休哈特 提出n一般称为休哈特控制图或3控制图 n广泛在工业界应用n为判断过程变差的普通原因或特殊原因的主要统计分析工具2007-6-21控制图原理-3Sigma原则原则n当质量特性的随机变量

9、x服从正态分布时，则x落在3 的概率是99.73%。n根据小概率事件可以“忽略”的原则：如果出现超出3 范围的x值，则认为过程存在异常。所以，在过程正常情况下约有99.73%的点落在在此控制线内。观察控制图的数据位置，可以了解过程情况有无改变。2007-6-21合理使用控制图的益处合理使用控制图的益处n供正在进行过程控制的操作者使用n有助于过程在质量上和成本上能持续的、可预测的保持下去n使过程达到：u更高的质量u更低的单件成本u更高的有效能力n为讨论过程的性能提供共同的语言n区分变差的特殊原因和普通原因，作为采取局部措施或对系统采取措施的指南2007-6-21使用控制图的基本步骤使用控制图的基

10、本步骤1、收集收集数据并画在图上2、控制 根据过程数据计算实验控制限 识别变差的特殊原因并采取措施3、分析及改进确定普通原因变差的大小并采取减小它的措施 重复这三个阶段从而不断改进过程2007-6-21分析用控制图与控制用控制图分析用控制图 应用控制图时，首先将非稳态的过程调整到稳态，用分析控制图判断是否达到稳态。确定过程参数 特点： 1、分析过程是否为统计控制状态 2、过程能力指数是否满足要求？控制用控制图 等过程调整到稳态后，延长控制图的控制线作为控制用控制图。应用过程参数判断2007-6-21基本概念基本概念n控制图中包括三条线u控制上限（UCL）u中心线 （CL）u控制下限（LCL）U

11、CLCLLCL2007-6-21公差界限与控制界限的区别公差界限与控制界限的区别n公差界限： 区分合格品与不合格品n控制界限： 区分正常波动与异常波动2007-6-21控制图两种错误的分析控制图两种错误的分析n对于仅仅存在偶然因素的情況下, 由于点子越出控制界限外而判断过程发生变化的错误, 即将正常判断为異常的错误是可能发生的. 这种错误称为第一种错误. n当过程具有某种非偶然因素影响, 致使过程发生程度不同的变化. 但由于此变化相应的一些点子落在控制界限內, 从而有可能发生判断过程未发生变化的错误, 这种错误称为第二种错误.n发生第一种错误时, 虛发警报, 由于徒勞地查找原因并为此采取了相应

12、的措施, 从而造成損失. 因此, 第一种错误又称为徒勞错误. 发生第二种错误时漏发警报, 过程已經处于不稳定状态, 但并未采取相应的措施, 从而不合格品增加, 也造成損失.2007-6-21UCLLCL第类错误（）：虚发警报第类错误（）：漏发警报两类错误2007-6-21两类错误都会造成损失上下控制限间距变大： 减小， 增大上下控制限间距变小： 增大， 减小间距的设定寻求二者的均衡点（ 3 ）两类错误2007-6-21控制图的种类控制图的种类n数据：是能够客观地反映事实的资料和数字n数据的质量特性值分为：u计量值u可以用量具，仪表等进行测量而得出的连续性数值，可以出现小数u计数值u不能用量具，

13、仪表来度量的非连续性的正整数值。2007-6-21计量型数据X-R 均值和极差图计数型数据P chart 不合格品率控制图 X-S均值和标准差图np chart不合格品数控制图X -R 中位值极差图 C chart 缺陷数控制图 X-Rs单值移动极差图 U chart 单位缺陷数控制图 控制图的种类控制图的种类2007-6-21控制图所用的统计原理控制图所用的统计原理计量型X-RX-sX-RX-Rs正态分布计数型Pnp二项分布计数型Cu泊松分布2007-6-21“n”=1025控制图的选定资料性质不良数或缺陷数单位大小是否一定“n”是否一定样本大小n2Cl的性质“n”是否较大u图c图np图p图

14、X-Rs图X-R图X-R图X-s图计数值计量值“n”=1n1中位数平均值“n”=25缺陷数不良数不一定一定一定不一定控制图的选择控制图的选择2007-6-21质量特性样本数选用什么图长度5均值极差图重量10均值标准差图乙醇比重1单值移动极差图电灯亮不亮100np图每一百平方米的脏点100平方米C图控制图选用案例控制图选用案例2007-6-21控制图的种类控制图的种类其他类型控制图n红绿灯信号控制图：1.5 绿区， 1.5 3 黄区， 3 红区 抽样数：23 方案n预控制图：名义值1/4公差 绿区，名义值1/2公差 黄区，公差外 红区 抽样数：22007-6-21质量特性与控制图的选择质量特性与

15、控制图的选择n为保证最终产品的质量特性，需要考虑以下几个方面：u认真研究用戶对产品质量的要求，确定这些要求那些与质量特性有关， 应选择与使用目的有重要关系的质量特性来作为控制的项目。u有些虽然不是最终产品质量的特性，但为了达到最终产品的质量目标，而在生产过程中所要求的质量特性也应列为控制项目。u在同样能够满足对产品质量控制的情況下，应该选择容易测定的控制项目。用统计方法进行质量控制如无质量特性数据就无法进行。2007-6-21质量特性与控制图的选择质量特性与控制图的选择u在同样能够满足产品质量控制的情况下, 应选择对生产过程容易采取措施的控制项目.u为了使控制最终取得最佳效果, 应尽量采取影响

16、产品质量特性的根本原因有关的特性或接近根本原因的特性作为控制项目.u产品的质量特性有时不止一个, 则应同时采取几个特性作为控制项目.2007-6-21使用控制图的注意事项使用控制图的注意事项n分组问题u主要是使在大致相同的条件下所收集的质量特性值分在一组, 组中不应有不同本质的数据, 以保证组內仅有偶然因素的影响. u我们所使用的控制图是以影响过程的许多变动因素中的偶然因素所造成的波动为基准来找出异常因素的, 因此, 必须先找出过程中偶然因素波动这个基准.2007-6-21时间质量特性制程的变化分组时的重要考虑分组时的重要考虑让组內变化只有偶然因素让组间变化只有非偶然因素组內变异小组间变异大2

17、007-6-21使用控制图的注意事项使用控制图的注意事项n分层问題u同样产品用若干台设备进行加工时, 由于每台设备工作精度、使用年限、保养状态等都有一定差异, 这些差异常常是增加产品质量波动、使散差加大的原因. 因此, 有必要按不同的设备进行质量分层, 也应按不同条件对质量特性值进行分层控制, 作分层控制图. 另外, 当控制图发生异常时, 分层又是为了确切地找出原因、采取措施所不可缺少的方法.2007-6-21复合层层别别的说明的说明2007-6-21使用控制图的注意事项使用控制图的注意事项n控制界限的重新计算u为使控制线适应今后的生产过程, 在确定控制图最初的控制线CL、UCL、LCL时,

18、常常需要反复计算, 以求得切实可行的控制图. 但是, 控制图经过使用一定时期后, 生产过程有了变化, 例如加工工艺改变、刀具改变、设备改变以及进行了某种技术改革和管理改革措施后, 应重新收集最近期间的数据, 以重新计算控制界限并作出新的控制图.2007-6-21控制图控制图 - 过程的声音过程的声音n控制图可以区分出普通原因变差和特殊原因变差u特殊原因变差要求立即采取措施u减少普通原因变差需要改变产品或过程的设计2007-6-21控制图控制图 - 过程的声音过程的声音n错误的措施u试图通过持续调整过程参数来固定住普通原因变差，称为过度调整，结果会导致更大的过程变差造成客户满意度下降u试图通过改

19、变设计来减小特殊原因变差可能解决不了问题，会造成时间和金钱的浪费2007-6-21控制图控制图 - 过程的声音过程的声音n控制图可以给我们提供出出现了哪种类型的变差的线索，供我们采取相应的措施2007-6-21n作控制图的目的是为了使生产过程或工作过程处于“控制状态”。 控制状态即稳定状态, 指生产过程或工作过程仅受偶然因素的影响, 产品质量特性的分布基本上不随时间而变化的状态。反之, 则为非控制状态或异常状态。n控制状态的标准可归纳为二条:u第一条， 控制图上点不超过控制界限； u第二条， 控制图上点的排列分布没有缺陷。控制图上的信号解释控制图上的信号解释_判稳准则判稳准则2007-6-21

20、n进行控制所遵循的依据:u连续25点以上处于控制界限內;u连续35点中, 仅有1点超出控制界限;u连续100点中, 不多于2点超出控制界限.n五种缺陷u链: 点连续出现在中心线 CL 一侧的现象称为链, 链的长度用链內所含点数多少来判别.当出现5点链时, 应注意发展情況, 检查操作方法有无异常;当出现6点链时, 应开始调查原因;当出现7点链时, 判定为有异常, 应采取措施.控制图上的信号解释控制图上的信号解释_判稳准则判稳准则2007-6-21控制图上的信号解释控制图上的信号解释_判异准则判异准则n有很多信号规则适用于所有的控制图(Xbar图和R图)，主要最常见的规则 有以下3种：规则1： 超

21、出控制限的点 :UCLLCL2007-6-21控制图上的信号解释控制图上的信号解释_判异准则判异准则规则2： 连续7点在中心线一侧runUCLLCL2007-6-21控制图上的信号解释控制图上的信号解释_判异准则判异准则规则3： 连续7点上升或下降 trendUCLLCL2007-6-21规则4：明显的非随机图形正常情况：正常情况：2/3的点落在控制限的点落在控制限1/3的中间区域，的中间区域，1/3的点落在其他的点落在其他2/3区域，区域，1/20的点在外的点在外1/3区域，区域，1/150的点在控制限之外（的点在控制限之外（99.73%在控制限之内）在控制限之内）异常情况：异常情况：90%

22、或或40%的点在中间的点在中间1/3区域区域控制图上的信号解释控制图上的信号解释_判异准则判异准则2007-6-212007-6-21 特殊原因判异准则（特殊原因判异准则（SPC第二版）第二版）以下以下8条判异准则主要适用于条判异准则主要适用于X图图n1点落在点落在A区以外。区以外。n连续连续9点在中心线同一侧。点在中心线同一侧。n连续连续6点递增或递减。点递增或递减。n连续连续14点点相邻相邻上下交替。上下交替。n连续连续3点中有点中有2点在同一侧的点在同一侧的B区以外。区以外。n连续连续5点中有点中有4点在同一侧点在同一侧C区域以外。区域以外。n连续连续15点在点在C区中心线上下。区中心线

23、上下。n连续连续8点在中心线两侧，但无一点在点在中心线两侧，但无一点在C区中。区中。2007-6-21CAB特殊原因判异准则（特殊原因判异准则（SPC第二版）第二版）n一个点落在一个点落在A区以外区以外 BCXXUCLLCLA可对参数的变化或参 数的变化给出信号，变化越大，则给出信号越快。还可对过程中的单个失控做出反应，如计算错误、测量误差、原材料不合格、设备故障。2007-6-21特殊原因判异准则（特殊原因判异准则（SPC第二版）第二版）n连续连续9点在中心线同一侧点在中心线同一侧AABCBCUCLLCLX主要是过程平均值减小的缘故。2007-6-21特殊原因判异准则（特殊原因判异准则（SP

24、C第二版）第二版）n连续连续6点递增或递减。点递增或递减。nAACCBALCLXXBAUCL产生趋势的原因可能是工具逐渐磨损、维修逐渐变坏等，从而使得参数随着时间而变化。2007-6-21特殊原因判异准则（特殊原因判异准则（SPC第二版）第二版）n连续连续14点点相邻相邻上下交替上下交替AABBCCUCLLCLX本准则是针对由于轮流使用两台设备或由两位操作人员轮流进行操作而引起的系统效应。实际上，这就是一个数据分层不够的问题。2007-6-21特殊原因判异准则（特殊原因判异准则（SPC第二版）第二版）n连续连续3点中有点中有2点在同一侧的点在同一侧的B区以外区以外AABBCCUCLLCLXXX

25、是由于过程的参数发生了变化。2007-6-21特殊原因判异准则（特殊原因判异准则（SPC第二版）第二版）n连续连续5点中有点中有4点在同一侧点在同一侧C区域以外区域以外AAnBBXCCBXUCLLCL是由于过程的参数发生了变化。2007-6-21特殊原因判异准则（特殊原因判异准则（SPC第二版）第二版）n连续连续15点在点在C区中心线上下区中心线上下AABBCCXUCLLCL出现本准则的现象是由于参数变小。对于这种现象不要被它的良好“外貌”所迷惑，而应该注意到它的非随机性。造成这种现象的原因可能是有数据假设或数据分层不够等。在排除了上述两种可能性之后才能总结现场减少标准差的先进经验。2007-

26、6-21特殊原因判异准则（特殊原因判异准则（SPC第二版）第二版）n连续连续8点在中心线两侧，但无一点在点在中心线两侧，但无一点在C区中区中AABCBUCLLCLXC造成这种现象的主要原因也是因为数据分层不够。2007-6-21n维护过程u当能力或性能足够，且顾客生产件批准后，延长5根线画在空白图上，用于批量生产时生产现场的维持过程能力控制。u通过控制图，及时发现特殊原因变差，分析并消除特殊原因。u过程无变化，控制限不用重新计算，过程有变化时，重新进行研究。n改进过程u通过对过程进行分析，采取系统措施对过程进行改进，提高过程能力或过程性能。u用控制图检查改进的效果，并在新的水平上进行维持过程能力控制。2007-6-21为了我们的美好未来为了我们的美好未来, , 让我们一起努力奋斗让我们一起努力奋斗! !谢谢！