1、 控制图与过程能力第1页，共38页。第一节 控制图一、概述二、应用控制图的步骤三、应用实例四、控制图的观察与分析第2页，共38页。一、概述控制图又叫管理图。它是用来区分由异常原因引起的波动、或是由过程固有的随机原因引起的偶然波动的一种工具。控制图建立在数理统计学的基础上，它利用有效数据建立控制界限。控制界限一般分为上控制限（UCL）和下控制限（LCL）。质量特性值抽样时间和样本序号UCLCLLCL3倍标准偏差（3）3倍标准偏差（3）第3页，共38页。控制界限的构成控制界限的构成 正态分布图正态分布图控制图控制图第4页，共38页。一、概述控制图的种类很多，一般按数据的性质分为计量值控制图、计数值
2、控制图两大类。类别名称控制图符号特点适用场合计量值控制图平均值极差控制图x R最常用，判断工序是否正常的效果好，但计算工作量很大。适用于产品批量较大的工序。中位数极差控制图x R计算简便，但效果较差。适用于产品批量较大的工序。单值移动极差控制图x R S 简便省事，并能及时判断工序是否处于稳定状态。缺点是不易发现工序分布中心的变化。因各种原因（时间、费用等）每次只能得到一个数据或希望尽快发现并消除异常原因。计数值控制图不合格品数控制图Pn较常用，计算简单，操作工人易于理解。样本容量相等。不合格品率控制图P计算量大，控制线凹凸不平。样本容量不等。缺陷数控制图c较常用，计算简单，操作工人易于理解。
3、样本容量相等。单位缺陷数控制图u计算量大，控制线凹凸不平。样本容量不等。第5页，共38页。按产品质量的特性分类，控制图可分为计量值控制图和计数值控制图 1计量值控制图：用于产品质量特性为计量值情形，如长度长度、重量重量、时间时间、强度强度等连续变量。常用的计量值控制图有：均值极差控制图，中位数极差控制图，单值移动极差控制图，均值标准差控制图。2计数值控制图：用于产品质量特性为不合格品数不合格品数、不合格品率不合格品率、缺陷数缺陷数等离散变量。常用的计数值控制图有：不合格品率控制图（P图），不合格品数控制图（Pn图），单位缺陷数控制图（u图），缺陷数控制图（c图）。第6页，共38页。一、概述控制
4、图的作用：在质量诊断方面，可以用来度量过程的稳定性，即过程是否处于统计控制状态；在质量控制方面，可以用来确定什么时候需要对过程加以调整，而什么时候则需使过程保持相应的稳定状态；在质量改进方面，可以用来确认某过程是否得到了改进。第7页，共38页。二、应用控制图的步骤应用步骤如下：选择控制图拟控制的质量特性，如片重、含量、释放度等；选用合适的控制图种类；确定样本容量和抽样间隔；收集并记录至少20 25个样本的数据，或使用以前所记录的数据；计算各个样本的统计量，如样本平均值、样本极差、样本标准差等；计算各统计量的控制界限；画控制图并标出各样本的统计量；研究在控制线以外的点子和在控制线内排列有缺陷的点
5、子以及标明异常（特殊）原因的状态；1.决定下一步的行动。第8页，共38页。三、应用实例某公司新安装一台装填机。该机器每次可将5000g的产品装入固定容器。规范要求为5000 （g）。050使用控制图的步骤如下：将多装量（g）看成应当加以研究并由控制图加以控制的重要质量特征。由于要控制的多装量是计量特性值，因此选用 x R 控制图。以5个连续装填的容器为一个样本（n5），每隔1h抽取一个样本。收集25个样本数据，并按观测顺序将其记录与表中（见多装量（g）和样本统计量）。计算每个样本的统计量 x（5个观测值的平均值）和 R（5个观测值的极差）（见多装量（g）和样本统计量）。第9页，共38页。多装量
6、（g）和样本统计量样本号样本号x 1x 2x 3x 4x 5 x x R1473244352017835.6272193731253414629.2183191116114410120.2334292942593819739.4305281245362514629.2336403511383315731.4297153012332611623.2218354432113816032.0339273726203514529.01710234526373216332.62211284440311816132.22612312524322213426.81013223719471413927.833
7、14373212383014929.926第10页，共38页。多装量（g）和样本统计量样本号样本号x 1x 2x 3x 4x 5 x x R15254024501915831.6311673123183211122.2251738041403715631.24118351229482014428.83619312035244715731.42720122738403114829.62821524252242519539.028222031153289719.42823294741322217134.22524282722325416332.63225423415292114123.227累计
8、746.6686平均 X29.86R27.44第11页，共38页。控制图控制界限线的计算公式-I图别中心线（C L）上控制界限（UCL）下控制界限（LCL）RR A2D4 A2D3 x R Rm 3A2D4m 3A2D3 x Rx RS2.6593.2672.659不考虑xRx xxxRRxRRx x RSRSRRSx x x RRRRRSx第12页，共38页。控制图控制界限线的计算公式IIPu c Pn图别中心线（C L）上控制界限（UCL）下控制界限（LCL）PPnuc3P（1 ）PPnP（1 ）PPn3（1 ）PnPn3Pn Pn （1 ）PnPn3u3nu u3nu-c3c c3c 第
9、13页，共38页。（均值-极差图）控制系数选用表n2345678910A21.8801.0230.7290.5770.4830.4190.3730.3370.308D43.2672.5752.2822.1152.0041.9241.8641.8161.777E22.6601.7721.4571.2901.1341.1091.0541.0100.975m3A21.8801.1870.7960.6910.5490.5090.4300.4100.360D30.0760.1360.1840.223d21.1281.6932.0592.3262.5342.7042.8472.9703.087第14页，共
10、38页。计算各样本平均值（x）和各样本极差的平均值（R）。x x xkR Rk计算统计量的中心值和控制界限。中心值CL 29.86（g）UCL A2 R 45.69（g）x图：图：xLCL A2 R 14.03（g）注：注：A2为随着样本容量为随着样本容量n而变化的系数，可由控制图系数选用表中选取。而变化的系数，可由控制图系数选用表中选取。x计算各统计量的控制界限（UCL、LCL）。第15页，共38页。图：图：LCL D3 =0注：注：D3为随着样本容量为随着样本容量n而变化的系数，可由控制图系数选用表中选取。而变化的系数，可由控制图系数选用表中选取。中心值 CL 27.44（g）UCL D4
11、 58.04（g）注：注：D4为随着样本容量为随着样本容量n而变化的系数，可由控制图系数选用表中选取。而变化的系数，可由控制图系数选用表中选取。RRRR第16页，共38页。画控制图一般 放在上方，R图放在下方；横轴表示样本号，纵轴表示质量特性值和极差。图x样本号51015202502040602030405020多装量多装量x极差极差 RUCL45.69CL29.86LCL14.03UCL58.04CL27.44n5 第17页，共38页。四、控制图的观察与分析点子没有超出控制线（在控制线上的点子按要求超出处理），控制界限内的点子排列无缺陷，反映工序处于控制状态，生产过程稳定，不必采取措施。控制
12、图上的点子出现下列情形之一时，即判断生产过程异常：点子超出或落在控制线上；控制界线内的点子排列有下列缺陷：第18页，共38页。四、控制图的观察与分析缺陷缺陷图例链状况连续七点以上在中心线同一侧出现。趋势状况连续七点以上上升或下降。UCLCLLCL UCLCLLCL 第19页，共38页。四、控制图的观察与分析缺陷缺陷图例周期状况接近控制界限状况在连续三点中至少有两点接近控制界限。UCLCLLCLUCLCLLCL 第20页，共38页。四、控制图的观察与分析应用控制图的常见错误错误：在5M1E因素未加控制、工序处于不稳定状态时就使用控制图管理工作；在工序能力不足时，即在CP 1的情况下，就使用控制图
13、管理工作；用公差线代替控制线，或用压缩的公差线代替控制线；仅打“点”而不做分析判断，失去控制图的报警作用；不及时打“点”，因而不能及时发现工序异常；当“5M1E”发生变化时，未及时调整控制线；画法不规范或不完整；1.在研究分析控制图时，对已弄清有异常原因的异常点，在原因消除后，未剔除异常点数据。第21页，共38页。第二节 过程能力 一、过程能力二、过程能力指数三、过程能力指数的评定四、提高过程能力指数的途径五、过程能力调查第22页，共38页。一、过程能力过程能力是指生产过程在一定时间内处于统计控制状态下制造产品的质量特性值的经济波动幅度，它又叫加工精度。用“B”表示。从兼顾全面性和经济性的角度
14、，一般取：B6（概率为99.73%）过程能力是描述加工过程客观存在着分散的一个参数。第23页，共38页。二、过程能力指数过程能力指数是反映过程能力满足产品质量标准（规范、公差等）能力的参数。一般记做CP。过程能力指数是技术要求和过程能力的比值。CP技术要求过程能力M：公差分布中心 M=(TU+TL)/2：样本分布中心（样本均数）T：公差范围（内控范围）（T=TU-TL）TU：上偏差TL：下偏差第24页，共38页。二、过程能力指数双向公差图例计算公式例题与M重合某零件质量要求为20 0.15，抽样100件，测得：20.00mm 0.05mm 1与M不重合某零件质量要求为20 0.15，抽样100
15、件，测得：20.05mm，0.05mm则：M20.00 0.05 0.67xxMTTUTLxMxT TUTLCP T 6 TU TL6 CPK T 2 6 M xxCPTU TL6 x M xCPK T 2 6 第25页，共38页。双向公差(MX)时可简化计算：XM：Cpk=Cpu，XM：Cpk=CpL 示例示例 质量标准为每袋克（规格中心）质量标准为每袋克（规格中心）M=5 数据平均值数据平均值（分布中心）（分布中心）X=4.976 数据标准偏差数据标准偏差 （计算得到）（计算得到）S=0.1 质量标准规格质量标准规格 T=Tu-TL=0.6 由于由于M=5，而而 X=4.976，则按双向公
16、差时则按双向公差时，需修正需修正 Cpk=T/6S(1-2E/T)=0.6/0.6(1-2|5-4.976|/0.6)=0.92简化计算简化计算,由于本例由于本例XM,所以所以Cpk=CpL，直接以直接以CpL计算计算CpL=(4.976-4.7)/3/0.1=0.92 第26页，共38页。Cp与Cpk的区别Cp：过程能力，仅适用于统计稳定过程，是过程在受控状态下的实际加工能力，不考虑过程的偏移，是过程固有偏差（仅由于普通原因产生的偏差）的6范围，式中为标准偏差。所以过程能力是用过程在受控状态下短期数据计算的。因此又被称为“无偏差的短期过程能力”，实际中常将短期省略，这个指数只针对双边公差而计
17、算的，对于单边公差没有意义。Cpk：过程能力指数，是在过程有偏移情况下的过程能力，前提是要过程稳定且数据是正态分布，而且数据应该在25组以上（建议最少不要低于20组，数据组越少风险越大），只考虑过程受普通原因的影响。因为过程只受到普通原因的偏差影响是理想状态下的，从长期来说过程总会受到各种特殊原因的影响，所以又被称为“有偏差的短期过程能力”。第27页，共38页。二、过程能力指数单向公差图例计算公式例题给定公公差差上上限限某部件清洁度的要求不大于95mg，抽样结果得：48mg 12mg 1.33给定公公差差下下限限某金属材料抗拉强度的要求不得少于32kg/cm2，抽样后测得：38 kg/cm2
18、1.8 kg/cm2 1.11xTUxCPU TU3 xTLxCPL TL3 xCPU TU3 xxCPL TL3 x第28页，共38页。二、过程能力指数注：K为给出双侧公差且分布中心与公差中心偏离时的平均值偏离度，它是平均值偏离量 与公差一半的比值，即：K/（T/2）=M-X/(T/2)。当K 1时，认为CPK0。分布中心的偏离，会影响工序的加工精度。针对不同情况，其处理方法如下表：过程能力指数CP偏离度K（）对分布中心是否采取措施1.33 CP 12.5不必要1.00CP1.3312.5 K 25注意观察其变化，必要时采取措施0.67CP1.0025 K 50要采取措施CP0.6750 K
19、 要采取纠正措施，或停止作业K第29页，共38页。三、过程能力指数的评定范围等级判断措施CP 1.67特级过程能力过剩为提高产品质量，对关键或主要项目再次缩小公差范围；或为提高效率、降低成本而放宽波动幅度，降低设备精度等级等。1.67 CP 1.331级过程能力充分当不是关键或主要项目时，放宽波动幅度；降低对原材料的要求；简化质量检验，采用抽样检验或减少检验频次。1.33 CP 12级过程能力尚可必须用控制图或其他方法对工序进行控制和监督，以便及时发现异常波动；对产品按正常规定进行检验。1 CP 0.673级过程能力不足分析分散程度大的原因，制定措施加以改进，在不影响产品质量的情况下，放宽公差
20、范围，加强质量检验，全数检验或增加检验频次。0.67 CP4级过程能力严重不足一般应停止继续加工，找出原因，改进工艺，提高CP值，否则全数检验，挑出不合格品。过程能力等级评定表过程能力等级评定表第30页，共38页。四、提高过程能力指数的途径CPKT 2 6 根据公式 可知，影响过程能力指数有3个变量：产品质量规范（公差范围公差范围T）;过程加工的分布中心与公差中心的偏移量偏移量；过程加工的质量特性分散程度，即标准偏差标准偏差 。第31页，共38页。调整过程加工的分布中心，减少中心偏移量。调整过程加工的分布中心，减少中心偏移量。通过收集数据，进行统计分析，找出大量连续生产过程中由于工具磨损、加工
21、条件随时间逐渐变化而产生偏移的规律，及时进行中心调整，或采取设备自动补偿偏移或刀具自动调整和补偿等；根据中心偏移量，通过首件检验，可调整设备、刀具等的加工定位装置；改变操作者的孔加工偏向下差及轴加工偏向上差大那大倾向性加工习惯，以公差中心值为加工依据；配置更为精确的量规，由量规检验改为量值检验，或采用高一等级的量具检测。第32页，共38页。提高过程能力，减少程度。提高过程能力，减少程度。修订工序，改进工艺方法，修订操作规程，优化工艺参数，补充增添中间工序，推广应用新材料、新工艺、新技术；检修、改造或更新设备，改造、增添与公差要求相适应的精度较高的设备；增添工具工装，提高工具工装的精度；改变材料
22、的进货周期，尽可能减少由于材料进货批次的不同而造成的质量波动；改造现有的现场条件，以满足产品对现场环境的特殊要求；对关键工序、特种工艺的操作者进行技术培训；加强现场的质量控制，设置过程质量控制点或推行控制图管理，开展QC小组活动；加强质检工作。第33页，共38页。修订公差范围修订公差范围修订公差范围，其前提条件是必须保证放宽公差范围不会影响产品质量必须保证放宽公差范围不会影响产品质量。在这个前提条件下，可以对不切实际的过高的公差要求进行修订，以提高过程能力指数。在工序加工分析时，减少中心偏移量的防误措施，在技术上、操作上比较容易实现，同时也不必为此花费太多的人力、物力和财力，因此把它作为提高过
23、程能力指数的首要措施。只有当中心偏移量0，而CP值仍然小于1时，才考虑提高过程能力，减少过程加工的分散程度或考虑是否有可能放宽公差范围。放宽公差范围必须不影响产品质量，不影响用户使用效果。第34页，共38页。五、过程能力调查过程能力调查的意义 过程能力调查了解和掌握过程能力的活动。通过工序标准化，消除工序中的异常因素，发现和解决质量问题，经济合理地选择和确定工艺标准和操作标准。第35页，共38页。五、过程能力调查过程能力调查的方法 直方图法：可以通过直方图的分散范围同公差范围比较，简单而直观地判断过程能力能否满足质量要求；简便计算出过程能力指数CPK，为分析过程中系统因素的影响提供依据。但直方图不能看出质量特性值随时间变化的情况，有时因为在样本中包含特性值特大和特小的样本，使 较大，过程能力指数偏低。控制图法：可反映较长时间内过程处于稳定状态的质量波动状况，排除了系统因素的影响，因而其分布的较小，比较准确可靠。一般情况，多用直方图法进行过程能力调查，并辅以控制图法。第36页，共38页。五、过程能力调查过程能力调查的程序明确调查目的；选择调查对象；确定调查方法；工序的标准化；严格按照各项标准进行作业；收集数据；画直方图或分析用的控制图；判断过程是否处于控制状态；计算过程能力指数；处理。第37页，共38页。第38页，共38页。
