SPC培訓(xùn)教材-應(yīng)用型.ppt

1 統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制SPC 科華企業(yè)管理咨詢有限公司中國(guó) 重慶 2 1 控制圖的起源 控制圖是1924年由美國(guó)品管大師W A Shewhart 休哈特 博士發(fā)明 因其用法簡(jiǎn)簡(jiǎn)單且效果顯著 人人能用 到處可用 遂成為實(shí)施品質(zhì)管制不可缺少的主要工具 一 SPC的起源和發(fā)展 3 1924年發(fā)明 W A Shewhart 1931發(fā)表 1931年Shewhart發(fā)表了 EconomicControlofQualityofManufactureProduct 1941 1942制定成美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) Z1 1 1941GuideforQualityControlZ1 2 1941ControlChartMethodforanalyzingDataZ1 3 1942ControlChartMethodforControlQualityDuringProduction 一 SPC的起源和發(fā)展 2 控制圖的發(fā)展 4 二 基本的統(tǒng)計(jì)概念 數(shù)據(jù)的種類波動(dòng) 變差 波動(dòng)的概念 原理及波動(dòng)的種類普通原因 異常原因統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài) 過(guò)度調(diào)整基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)量 平均值X 中位數(shù)X 極差R標(biāo)準(zhǔn)偏差 S 計(jì)量型 計(jì)數(shù)型 5 1 數(shù)據(jù)的種類 計(jì)量型特點(diǎn) 可以連續(xù)取值也稱連續(xù)型數(shù)據(jù) 如 零件的尺寸 強(qiáng)度 重量 時(shí)間 溫度等 計(jì)數(shù)型特點(diǎn) 不可以連續(xù)取值 也稱離散型數(shù)據(jù) 如 廢品的件數(shù) 缺陷數(shù) 6 波動(dòng)的概念是指在現(xiàn)實(shí)生活中沒(méi)有兩件東西是完全一樣的 生產(chǎn)實(shí)踐證明 無(wú)論用多么精密的設(shè)備和工具 多么高超的操作技術(shù) 甚至由同一操作工 在同一設(shè)備上 用相同的工具 生產(chǎn)相同材料的同種產(chǎn)品 其加工后的質(zhì)量特性 如 重量 尺寸等 總是有差異 這種差異稱為波動(dòng) 公差制度實(shí)際上就是對(duì)這個(gè)事實(shí)的客觀承認(rèn) 消除波動(dòng)不是SPC的目的 但通過(guò)SPC可以對(duì)波動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制 2 波動(dòng) 變差 的概念 7 1 波動(dòng)的原因 波動(dòng)原因 8 2 普通原因 特殊原因 普通原因 指的是造成隨著時(shí)間推移具有穩(wěn)定的且可重復(fù)的分布過(guò)程中的許多變差的原因 我們稱之為 處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài) 受統(tǒng)計(jì)控制 或有時(shí)間稱 受控 普通原因表現(xiàn)為一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)的偶然原因 只有變差的普通原因存在且不改變時(shí) 過(guò)程的輸出才可以預(yù)測(cè) 如設(shè)備的正常震動(dòng) 刀具的磨損 同一批材料的品質(zhì)差異 熟練工人間的替換 9 2 普通原因 特殊原因 特殊原因 指的是造成不是始終作用于過(guò)程的變差的原因 即當(dāng)它們出現(xiàn)時(shí)將造成 整個(gè) 過(guò)程的分布改變 除非所有的特殊原因都被查找出來(lái)并且采取了措施 否則它們將繼續(xù)用不可預(yù)測(cè)的方式來(lái)影響過(guò)程的輸出 如果系統(tǒng)內(nèi)存在變差的特殊原因 隨時(shí)間的推移 過(guò)程的輸出將不穩(wěn)定 如設(shè)備故障 原材料不合格 沒(méi)有資格的操作工 10 3 波動(dòng)的種類 正常波動(dòng) 是由普通 偶然 原因造成的 如操作方法的微小變動(dòng) 機(jī)床的微小振動(dòng) 刀具的正常磨損 夾具的微小松動(dòng) 材質(zhì)上的微量差異等 正常波動(dòng)引起工序質(zhì)量微小變化 難以查明或難以消除 它不能被操作工人控制 只能由技術(shù) 管理人員控制在公差范圍內(nèi) 異常波動(dòng) 是由特殊 異常 原因造成的 如原材料不合格 設(shè)備出現(xiàn)故障 工夾具不良 操作者不熟練等 異常波動(dòng)引起工序質(zhì)量變化較大 容易發(fā)現(xiàn) 應(yīng)該由操作人員發(fā)現(xiàn)并糾正 11 4 統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài) 與 過(guò)渡調(diào)整 統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài) 當(dāng)過(guò)程中只存在造成變差的普通原因 這個(gè)過(guò)程稱為 處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài) 簡(jiǎn)稱 受控 過(guò)度調(diào)整 把過(guò)程中每一個(gè)偏離目標(biāo)的值當(dāng)作過(guò)程中發(fā)生了特殊原因來(lái)進(jìn)行處理的做法 12 5 基本統(tǒng)計(jì)量說(shuō)明 1 平均值X設(shè)X1 X2 Xn是一個(gè)大小為n的樣本 則X X1 X2 Xn n2 中位數(shù)X將數(shù)據(jù)按數(shù)值大小順序排列后 位于中間位置的數(shù)據(jù) 稱為中位數(shù) 如 5 9 10 4 7 X 7 如 5 9 10 4 7 8X 7 8 2 7 5 13 3 極差R樣本數(shù)據(jù)中的最大值Xmax與最小值Xmin的差值 R Xmax Xmin4 標(biāo)準(zhǔn)偏差 S 1 總體標(biāo)準(zhǔn)偏差 2 樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差S 14 控制圖示例 一 控制圖定義控制圖是用于分析和控制過(guò)程質(zhì)量的一種方法 控制圖是一種帶有控制界限的反映過(guò)程質(zhì)量的記錄圖形 圖的縱軸代表產(chǎn)品質(zhì)量特性值 或由質(zhì)量特性值獲得的某種統(tǒng)計(jì)量 橫軸代表按時(shí)間順序 自左至右 抽取的各個(gè)樣本號(hào) 圖內(nèi)有中心線 記為CL 上控制界限 記為UCL 和下控制界限 記為L(zhǎng)CL 三條線 見(jiàn)下圖 五 控制圖 15 規(guī)格界限和控制界限 規(guī)格界限 是用以說(shuō)明質(zhì)量特性的最大許可值 來(lái)保證各個(gè)單位產(chǎn)品的正確性能 上規(guī)格界限 USL 下規(guī)格界限 LSL 控制界限 應(yīng)用于一群?jiǎn)挝划a(chǎn)品集體的量度 這種量度是從一群中各個(gè)單位產(chǎn)品所得觀測(cè)值中計(jì)算出來(lái)者 上控制界限 UCL 下控制界限 LCL 16 二 控制圖的種類 1 按數(shù)據(jù)性質(zhì)分類 計(jì)量型控制圖均值極差控制圖 Chart 均值與標(biāo)準(zhǔn)差控制圖 Chart 中位數(shù)與極差控制圖 Chart 單值與移動(dòng)極差控制圖 chart 計(jì)數(shù)值控制圖不良率控制圖 Pchart 不良數(shù)控制圖 nPchart 又稱npchart或dchart 缺點(diǎn)數(shù)控制圖 Cchart 單位缺點(diǎn)數(shù)控制圖 Uchart s X 17 2 按控制圖的用途分類分析用控制圖 根據(jù)樣本數(shù)據(jù)計(jì)算出控制圖的中心線和上 下控制界限 畫出控制圖 以便分析和判斷過(guò)程是否處于于穩(wěn)定狀態(tài) 如果分析結(jié)果顯示過(guò)程有異常波動(dòng)時(shí) 首先找出原因 采取措施 然后重新抽取樣本 測(cè)定數(shù)據(jù) 重新計(jì)算控制圖界限進(jìn)行分析 控制用控制圖 經(jīng)過(guò)上述分析證實(shí)過(guò)程穩(wěn)定并能滿足質(zhì)量要求 此時(shí)的控制圖可以用于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)日常的過(guò)程質(zhì)量進(jìn)行控制 18 分析用控制圖決定方針用制程解析用制程能力研究用制程控制準(zhǔn)備用 控制用控制圖追查不正常原因迅速消除此項(xiàng)原因并且研究采取防止此項(xiàng)原因重復(fù)發(fā)生之措施 19 3 控制圖的選擇 20 六 計(jì)量型控制圖的制作步驟和判定原則 21 搜集數(shù)數(shù)據(jù) 繪分析用控制圖 是否穩(wěn)定 繪直方圖 計(jì)算過(guò)程能力指數(shù) 是否滿足規(guī)格 控制用控制圖 尋找異常原因 檢討機(jī)械 設(shè)備提升過(guò)程能力 控制圖的應(yīng)用流程 確定對(duì)某一特性進(jìn)行控制 N Y N Y 22 1 建立X R控制圖的四步驟 A收集數(shù)據(jù) B計(jì)算控制限 C過(guò)程控制解釋 D過(guò)程能力計(jì)算 解釋 23 步驟A 24 A1 選擇子組大小 頻率和數(shù)據(jù) 每組樣本數(shù) 2 5 組數(shù)要求 最少25組共100個(gè)樣本 頻率可參考下表 抽樣原則 組內(nèi)變差小 組間變差大 25 A3 計(jì)算每個(gè)子組的均值和極差R 平均值的計(jì)算 4 4 3 2 1 x x x x x R值的計(jì)算 每組平均值和極差的計(jì)算示例 26 A4 選擇控制圖的刻度 對(duì)于X bar圖 坐標(biāo)上的刻度值的最大值與最小值之差應(yīng)至少為子組 X bar 的最大值與最小值差的2倍 對(duì)于R圖 坐標(biāo)上的刻度值應(yīng)從0開(kāi)始到最大值之間的差值為初始階段所遇到的最大極差值 R 的2倍 27 A5 將均值和極差畫到控制圖上 在確定了刻度后盡快完成 將極差畫在極差控制圖上 將各點(diǎn)用直線依次連接 將均值畫在均值控制圖上 將各點(diǎn)用直線依次連接 確保所畫的同一個(gè)樣本組的Xbar和R點(diǎn)在縱向是對(duì)應(yīng)的 分析用控制圖應(yīng)清楚地標(biāo)明 初始研究 字樣 標(biāo)明 初始研究 的控制圖 是僅允許用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中還沒(méi)有控制限的過(guò)程控制圖 備注 管理用控制圖必須要有控制限 28 步驟B 29 K為組數(shù) k R R R R k x x x x x k k 2 1 3 2 1 極差控制圖 平均值控制圖 B1 計(jì)算平均極差及過(guò)程平均值 30 R D LCL R D UCL R CL R A X LCL R A X UCL X CL R R R X X X 3 4 2 2 極差控制圖 平均值控制圖 B2 計(jì)算控制限 注 D4 D3 A2為常數(shù) 隨樣本容量n的不同而不同 見(jiàn) 控制圖的常數(shù)和公式表 31 B3 在控制圖上畫出平均值和極差控制限的控制線 將平均極差 Rbar 和過(guò)程均值 Xdoublebar 畫成黑色水平實(shí)線 各控制限 UCLR LCLR UCLX LCLX 畫成紅色水平虛線 在初始研究階段 這些被稱為試驗(yàn)控制限 32 步驟C 33 應(yīng)用控制圖的目的是為了使生產(chǎn)過(guò)程或工作過(guò)程處于 控制狀態(tài) 控制狀態(tài) 穩(wěn)定狀態(tài) 指生產(chǎn)過(guò)程的波動(dòng)僅受正常原因的影響 產(chǎn)品質(zhì)量特性的分布基本上不隨時(shí)間而變化的狀態(tài) 反之則為非控制狀態(tài)或異常狀態(tài) 34 控制圖的判異原則 超出控制界限的點(diǎn) 出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)超出任何一個(gè)控制界限是過(guò)程處于失控狀態(tài)的主要證據(jù) UCL CL LCL 異常 異常 35 注 有下列現(xiàn)象之一即表明過(guò)程已改變或出現(xiàn)這種趨勢(shì) 連續(xù)7點(diǎn)位于平均值的一側(cè) 連續(xù)7點(diǎn)上升或下降 UCL CL LCL 36 明顯的非隨機(jī)圖形 根據(jù)正態(tài)分布來(lái)判定 正常應(yīng)是有2 3的點(diǎn)落在控制限中間1 3區(qū)域 如出現(xiàn)下列情況 1 超過(guò)90 的點(diǎn)落在控制限中間1 3區(qū)域 或2 少于40 的點(diǎn)落在控制限中間1 3區(qū)域應(yīng)調(diào)查過(guò)程是否存在特殊原因或數(shù)據(jù)是否經(jīng)過(guò)編輯 UCL CL LCL 37 C6 重新計(jì)算控制限 當(dāng)進(jìn)行首次工序研究或重新評(píng)定過(guò)程能力時(shí) 要排除已發(fā)現(xiàn)并解決了的特殊原因的任何失控的點(diǎn) 重新計(jì)算并描畫過(guò)程均值和控制限 確保當(dāng)與新的控制限相比時(shí) 所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)都處于受控狀態(tài) 如有必要 重復(fù)判定 糾正 重新計(jì)算的程序 38 C7 延長(zhǎng)控制限繼續(xù)進(jìn)行控制 當(dāng)控制圖上的點(diǎn)處于受控狀態(tài)并且CPK大于1時(shí) 將控制限應(yīng)用于制造過(guò)程控制 此時(shí)控制圖稱為控制用控制圖 將控制限畫在控制用控制圖中 用來(lái)繼續(xù)對(duì)工序進(jìn)行控制 操作人員或現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)人員根據(jù)規(guī)定的取樣頻率和樣本容量抽取樣本組 立即計(jì)算Xbar和R并將其畫在控制圖中并與前點(diǎn)用短直線連接 立即應(yīng)用前述判定原則和標(biāo)準(zhǔn)判定工序是否處于受控狀態(tài) 如工序處于非受控狀態(tài) 操作人員或現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)人員應(yīng)立即分析異常原因并采取措施確保工序恢復(fù)到受控狀態(tài) 工序質(zhì)控點(diǎn)的控制圖應(yīng)用的 三立即 原則 工序質(zhì)控點(diǎn)的控制圖出現(xiàn)異常情況的處理20字方針是 查出異因 采取措施 加以消除 不再出現(xiàn) 納入標(biāo)準(zhǔn) 39 步驟D 40 D1 計(jì)算過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)偏差 使用平均極差R bar來(lái)估計(jì)過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)偏差 d2是隨樣本容量變化的常數(shù) 見(jiàn)附錄 控制圖的常數(shù)和公式表 41 D2 計(jì)算過(guò)程能力 過(guò)程能力是指按標(biāo)準(zhǔn)偏差為單位來(lái)描述的過(guò)程均值與規(guī)范界限的距離 用Z表示 對(duì)單邊公差 計(jì)算 對(duì)于雙向公差 計(jì)算 Z為ZUSL或ZLSL的最小值 X USL Z s 或Z X LSL s X USL ZUSL s 或ZLSL X LSL s 使用Z值和附錄 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表 來(lái)估計(jì)多少比例的產(chǎn)品會(huì)超出規(guī)范值 注 USL為公差上限或LSL為公差下限 42 范例 過(guò)程能力計(jì)算 假設(shè) 現(xiàn)有一過(guò)程 已知USL 10 LSL 7 X bar 8 0 5 求這一過(guò)程的不合格率大致是多少 43 課堂練習(xí) 請(qǐng)依照上個(gè)課堂練習(xí)的數(shù)據(jù) 計(jì)算下列的各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果 ZUSL和PZUSL ZLSL和PZLSL Z和PZ 44 過(guò)程能力指CPk Cp USL LSL 6s 45 pk C 過(guò)程能力指數(shù) 2 3 3 min d R LSL x C x USL C C C C pl pu pl pu pk s s s 46 過(guò)程性能指數(shù)Ppk 及組間變差都考慮進(jìn)去 內(nèi)變差 制程積效所表達(dá)的是組 1 3 3 min 1 2 n x x LSL x P x USL P P P P n i i pl pu pl pu pk s s s 47 初始過(guò)程能力研究 48 七 計(jì)數(shù)型控制圖的制作步驟和判定原則 49 1 建立P控制圖的步驟 A收集數(shù)據(jù) B計(jì)算控制限 C過(guò)程控制解釋 D過(guò)程能力解釋 50 建立p圖的步驟A 51 A1選擇子組容量 頻率 數(shù)量 子組容量 用于計(jì)數(shù)型數(shù)據(jù)的控制圖一般要求較大的子組容量 例如50 200 以便檢驗(yàn)出性能的變化 一般希望每組內(nèi)能包括幾個(gè)不合格品 但樣本數(shù)如果太大也會(huì)有不利之處 分組頻率 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的周期確定分組的頻率以便幫助分析和糾正發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題 時(shí)間隔短則反饋快 但也許與的子組容量的要求矛盾子組數(shù)量 要大于等于25組以上 才能判定其穩(wěn)定性 52 A2計(jì)算每個(gè)子組內(nèi)的不合格品率 記錄每個(gè)子組內(nèi)的下列值被檢項(xiàng)目的數(shù)量 n發(fā)現(xiàn)的不合格項(xiàng)目的數(shù)量 np通過(guò)這些數(shù)據(jù)計(jì)算不合格品率 53 A3選擇控制圖的坐標(biāo)刻度 描繪數(shù)據(jù)點(diǎn)用的圖應(yīng)將不合格品率作為從坐標(biāo) 子組識(shí)別作為橫坐標(biāo) 縱坐標(biāo)刻度應(yīng)從0到初步研究數(shù)據(jù)讀數(shù)中最大的不合格率值的1 5到2倍 54 A4將不合格品率描繪在控制圖上 描繪每個(gè)子組的p值 將這些點(diǎn)聯(lián)成線通常有助于發(fā)現(xiàn)異常圖形和趨勢(shì) 當(dāng)點(diǎn)描完后 粗覽一遍看看它們是否合理 如果任意一點(diǎn)比別的高出或低出許多 檢查計(jì)算是否正確 記錄過(guò)程的變化或者可能影響過(guò)程的異常狀況 當(dāng)這些情況被發(fā)現(xiàn)時(shí) 將它們記錄在控制圖的 備注 部份 55 建立p控制圖的步驟B 56 計(jì)算平均不合格率及控制限 57 畫線并標(biāo)注 均值用水平實(shí)線 一般為黑色或藍(lán)色實(shí)線 控制限用水平虛線 一般為紅色虛線 盡量讓樣本數(shù)一致 如果樣本數(shù)一直在變化 會(huì)如下圖 58 59 在實(shí)際應(yīng)用時(shí) 當(dāng)各樣本組容量與其平均值相差不超過(guò)正負(fù)25 時(shí) 可用平均樣本容量 n 來(lái)計(jì)算控制限 當(dāng)樣本組容量的變化超過(guò)上述值時(shí) 則要求單獨(dú)計(jì)算這些特別小或特別大樣本時(shí)期內(nèi)的控制限 注意 任何處理可變控制限的程序都會(huì)變得麻煩 并且可能使解釋控制圖的人員造成混淆 如果可能的話 最好是調(diào)整數(shù)據(jù)收集計(jì)劃 從而使用固定的樣本容量 60 建立p圖的步驟C 61 C1 分析數(shù)據(jù)點(diǎn) 找出不穩(wěn)定的證據(jù) 點(diǎn)線面以上三種方式做判定 同計(jì)量型控制圖 62 C2 尋找并糾正特殊原因 當(dāng)從數(shù)據(jù)中已發(fā)現(xiàn)了失控的情況時(shí) 則必須研究操作過(guò)程以便確定其原因 然后糾正該原因并盡可能防止其再發(fā)生 由于特殊原因是通過(guò)控制圖發(fā)現(xiàn)的 要求對(duì)操作進(jìn)行分析 希望操作者或現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)員有能力發(fā)現(xiàn)變差原因并糾正 可利用諸如排列圖和因果分析圖等解決問(wèn)題技術(shù) C3 重新計(jì)算控制界限 當(dāng)進(jìn)行初始過(guò)程研究或?qū)^(guò)程能力重新評(píng)價(jià)時(shí) 應(yīng)計(jì)算試驗(yàn)控制限 一旦控制圖穩(wěn)定和受控并且過(guò)程能力可接受 則可將控制限延伸到將來(lái)的時(shí)期 它們便變成了操作控制限 控制圖則成為管理用控制圖 63 建立p的步驟D 64 D1 計(jì)算過(guò)程能力 對(duì)于p圖 過(guò)程能力是通過(guò)過(guò)程平均不合率來(lái)表 當(dāng)所有點(diǎn)都受控后才計(jì)算該值 如需要 還可以用符合規(guī)范的比例 1 p 來(lái)表示 對(duì)于過(guò)程能力的初步估計(jì)值 應(yīng)使用歷史數(shù)據(jù) 但應(yīng)剔除與特殊原因有關(guān)的數(shù)據(jù)點(diǎn) 當(dāng)正式研究過(guò)程能力時(shí) 應(yīng)使用新的數(shù)據(jù) 最好是25個(gè)或更多時(shí)期子組 且所有的點(diǎn)都受統(tǒng)計(jì)控制 這些連續(xù)的受控的時(shí)期子組的p值是該過(guò)程當(dāng)前能力的更好的估計(jì)值 65 66 控制圖的益處 合理使用控制圖能供正在進(jìn)行過(guò)程控制的操作者使用有利于過(guò)程在質(zhì)量上和成本上能持續(xù)地 可預(yù)測(cè)地保持下去使達(dá)程達(dá)到更高的質(zhì)量更低的單件成本更高的有效能力為討論過(guò)程的性能提供共同的語(yǔ)言區(qū)分變差的特殊原因和普通原因 作為采取局部措施或?qū)ο到y(tǒng)采取措施的指南 67 使用控制圖的注意事項(xiàng) 分組問(wèn)題主要是使在大致相同的條件下所收集的質(zhì)量特性值分在一組 組中不應(yīng)有不同本質(zhì)的數(shù)據(jù) 以保證組內(nèi)僅有偶然因素的影響 我們所使用的控制圖是以影響過(guò)程的許多變動(dòng)因素中的偶然因素所造成的波動(dòng)