1、第三章 统计过程控制(Statistical Process Control)目的：目的：在生产过程中在生产过程中控制产品质量，预防预防不合格品的产生。从而提高质量、生产效率，降低产品检验、废品损耗、返工等方面的成本。SPC是一系列工具的集合，包括发现质量缺陷、寻找质量波动的原因、监视过程的波动状况以对异常波动及时报警的一系列方法。广泛应用于制造业、服务业。主要工具：主要工具：the magnificent seven本章内容梗概一、过程、质量特性及其变异性二、六种常用工具的介绍三、过程能力的评价四、Shewhart 控制图过程的概念n一个产品的制造往往经过若干道前后相关的工序，为便于在整个生
2、产过程中对产品的质量进行控制，可将这些工序分解为若干个过程过程。n一个过程过程：就是将输入转化为输出的一个系统，可以是一个工段、一个工序、一项操作或一项服务等。n输入输入：包括 4M1E（人 Man、机 Machines、料 Materials、法 Methods、环 Environment）五项资源的组合。n输出输出：零件、中间产品、半成品、成品、服务等过程的概念例：用一台普通机床制造一种轴外圆的过程。操作工人机床原材料操作规程环境（控制推进速度、对中准确度）（棒料尺寸、硬度）（供电电压、湿度、温度、振动、粉尘）（主轴承间隙、刀具）资源融合轴外圆（尺寸、表面粗糙度等）统计过程控制的基础n技术
3、方面：构建过程的信息反馈系统。构建过程的信息反馈系统。在过程中间、输出阶段，收集各种反映产品质量状况的、以及对产品质量有重要影响的数据，采用统计方法加以整理分析，以此判断过程的状态、发现问题、寻找原因、制定决策，并反馈给过程的输入，作适当调整，保证过程工作正常。n管理方面：形成人人参与的，以持续改进质量、形成人人参与的，以持续改进质量、提高生产效率为目标的管理环境。提高生产效率为目标的管理环境。n对一个产品的质量控制需要对其生产流水线上的各个过程进行协调协调、相容相容、连续连续的控制。过程控制系统示意图人机料法环资源融合产品或服务统计分析反馈信息信息质量特性及其变异性n产品质量常用一些质量特性
4、来表示。例如：轴外圆的外径、长度、表面粗糙度等。n由于过程各项输入受诸多随机因素的影响，使得产品的质量特性呈随机波动的现象。n质量特性的波动（变异性）无法彻底消除，但有规律有规律可循，可以加以控制。质量波动的原因分类(Shewhart(1931)正常因素正常因素(chance causes/common causes)：n数量多，影响均较小，没有哪个因素占主导地位;n导致的影响是随机的；n是过程内在固有的、正常的，无法消除。减小偶然因素导致的质量波动的办法：改进过程。措施包括提高输入的水平，改进过程的设计等。异常因素异常因素(assignable causes/special causes)：
5、n数量少，但影响特别大；n影响往往是单向的；n是过程外在原因导致的，较少出现，可以及时诊断、消除。n例如：机器的不恰当调节、机器零件的损坏、操作失误、原材料的缺陷等因素。质量特性及其变异性n过程的状态n受控（统计控制）状态受控（统计控制）状态(in statistical control)：过程只受正常因素的影响，产品的特性分布稳定地呈现某种统计规律n失控状态失控状态(out of control)：有异常因素影响过程，特性分布偏离稳定的状态n统计过程控制的任务：n诊断过程是否受控n查找导致过程失控的异常因素（排除要靠技术手段）n维持过程处于受控状态过程诊断、查找质量原因的常用方法SPC的七件
6、主要工具：(the magnificent seven)n流程图(Flowchart)n检查表(Check sheet)n排列图(Pareto Chart)n因果图(Cause and effect diagram)n直方图(Histogram)n散点图(Scatter diagram)1.控制图(Control chart)1.流程图(flowchart)n描述过程的输入、资源融合及输出流程的图形。n建立流程图是实施SPC的第一步。例.制作纳税申报单表1040的流程图摘自Montgomery,D.C.(1996),Introduction to statistical quality con
7、trol,p170.2.检查表(check sheet)n在实施SPC的前期，用来收集、分类整理质量原始数据的一类表格。n形式多样，因调查目的、分析对象而异，例如有：不合格品项目调查表（p28/例1.7）不合格原因调查表废品分类统计表产品故障调查表工序质量调查表产品缺陷调查表 等等例：飞机油箱质量缺陷检查表(摘自Montgomery,p151)检查表 例：典型的缺陷检查表摘自 Kenett R.S.and Zacks S.(1999),Mordern Industrial Statistics:Desing and Control of Quality and Relaibility,p342
8、 例：缺陷密集位置图 (defect concentration diagram)Thomas Pyzdek著，孙静译，六西格玛手册绿带、黑带和各级经理指南，2003,p172。检查表设计应注意n确定待收集数据的类型n应当包括产品编号、日期、分析人员、以及其他便于追溯质量原因的一切有用数据n考虑到电脑录入时的格式n最好先试用一下3.排列图(Pareto chart)n实质上是定性数据的频数分布图。以意大利经济学家Vilfredo Pareto的姓氏命名。n通常画的是缺陷类型、不合格原因等的频数分布表。用来发现发生最频繁的缺陷、寻找影响产品质量的主要因素。比如，飞机油箱缺陷一例的Pareto c
9、hart。n由频数分布Pareto chart反映的是发生最频繁的缺陷，但不一定是最重要的缺陷。可以结合损失损失Pareto chart来寻找最重要的缺陷。n形式多样，使用广泛。n除用于制造业外，还常用于服务业。4.因果图(Cause and effect diagram)n由东京大学教授石川馨(Kaoru Ishikawa)于1943年发明。也叫石川图(Ishikawa diagram)、鱼刺图(fishbone chart)。n用于分析产生质量问题的原因，有利于发现潜在的原因。n作图步骤：n确定待分析的问题n成立分析小组去探索潜在原因n画结果盒子和中线n对原因分类，将各类原因名称置于盒子中
10、，并用线连接到中线去n找出所有可能的原因，并归到4)中各类去n对各可能原因排序1)采取纠正行动例：因果图(defect concentration diagram)Thomas Pyzdek著，孙静译，六西格玛手册绿带、黑带和各级经理指南,2003,p175。5.直方图 (Histogram)n作用、特点：n对过程作静态分析，是过程能力调查、工序分析中的重要工具。n比较全面地呈现质量特性数据的分布状况，便于直观地判断过程能力是否符合要求。n可以帮助识别过程异常波动的程度和状况，揭示可能的异常因素。n在直方图形状不正常时，应及时研究，发现问题，采取措施，改进质量。正态状直方图偏态型直方图（左偏、
11、右偏）n大多是由于操作工人的意识性加工造成的，比如加工孔时，孔径“宁小勿大”（左偏）；加工轴时“宁大勿小”（右偏）。n也可能是剔除了不合格品后作出的图形。孤岛型直方图n形成原因：过程受异常因素的短暂影响，比如小批量原材料的变化、不熟练工人替班等。锯齿型直方图n一般不是不是过程质量不良造成的，可能因测量误差过大、或直方图分组过多导致。平顶型直方图n可能由于过程中某些缓慢变化的因素造成的，例如刀具磨损、化工原材料老化等双峰型直方图n数据来自两个不同的总体，工业生产中称为“混批”。往往是将两批不同原材料生产的产品混在了一起，或将两批在不同加工条件下制造的产品混在一起。n应对质量数据分类统计，通过类间
12、比较，寻找影响质量的原因。6.散点图n用于研究变量间的相关关系7.控制图(Control chart)后面将详细介绍过程能力(Process Capability)n过程能力：过程能力：是指处于受控状态处于受控状态的过程生产合格产品的能力。n产品的合格与否，通过其特性与质量要求质量要求的比较来判断，质量要求质量要求往往由质量特性的规格限规格限来体现。n三种规格限(设X为质量特性)：n望小特性：规定规格上限TU，当XTU时产品合格n望大特性：规定规格下限TL，当XTL时产品合格1.望目特性：同时规定TL,TU，当TLXTU时合格过程能力n对于计量型特性，过程稳定时往往服从（或近似地）正态分布。用
13、于评价过程能力的一些指标通常是基于正态分布定义的。n设质量特性分布的均值为m，标准差为s。这两个参数往往需要通过样本来估计，它们的估计分别记为:。n过程能力(Process Capability)的度量：sx,sPC6,6其估计为s过程能力指数(Process Capability Indices)smsssmsmsmsm6,2/2/)(|,|,)1(32/62)3,3min(),min()33,3)23,3)1LUPULLUPLUPLPUPKLLLPUUPUTTCTkTTMMTTTCkTTTTCCCsTxTCsxTTC其中望目特性时其估计为望大特性时其估计为望小特性时计件特性的过程能力指数n
14、计件数据通常描述的是过程的不合格品率，为望小特性。规格上限记为PU。n过程稳定时，若不合格率为p，则批量为n的产品中不合格品数一般服从参数为 n,p 的二项分布。因此过程能力指数定义为：npppPCUPU)1(3n若p用样本估计，便得到CPU的估计。计点特性的过程能力指数n计点数据通常描述的是单位产品上的缺陷数，也是望小特性。规格上限记为CU。n过程稳定时，若单位产品上的平均缺陷数为c，则单位产品上的缺陷数一般服从参数为 c 的泊松分布。因此过程能力指数定义为：ccCCUPU3n若c用样本估计，便得到CPU的估计。过程能力指数与过程不合格品率n过程能力指数的大小直接反映了过程的不合格品率的大小
15、。一般，过程能力指数越大，不合格品率越低。n在一定条件下在一定条件下，可通过过程能力指数计算出不合格品率。例，设望目计量特性 XN(m,s2)，则有。时，当；时，当)1(3)1(332pppCkCkpMCpMmm过程能力指数与过程不合格品率当CP=1时，T/2=3s，p0.27%，称为3s管理方式；当CP=2时，T/2=6s，p0.002ppm，称为6s管理方式。下表列出本例条件下，过程能力指数与不合格品率的对应关系。过程能力指数与失效率、质量损失n失效率指产品在一定条件下、一定时间内失效的比率。是产品可靠性的重要指标。n研究证明，当过程能力指数低时，即使是经过挑选出来的合格产品，失效率也高。
16、n过程能力指数与田口提出的质量损失函数之间也有联系。过程能力的等级n根据过程能力指数对过程分等级，以便指导实际生产中的质量改进、成本降低等活动。这里CP指CPL,CPU,或 CPK。n传统分类特级：CP1.67 过高一级：CP1.33,1.67)充足二级：CP 1,1.33)尚可三级：CP 0.67,1)不足四级：CP0.67 严重不足过程能力等级传统分类的不足n未考虑质量特性的重要性程度不同。质量特性按重要性程度一般分三级：A类特性（关键特性）类特性（关键特性）：指安全性指标、直接影响产品功能的指标。如家电的绝缘强度、空调的制冷能力等；B类特性（重要特性）类特性（重要特性）：不合格不会丧失功能，但严重影响使用效果。如空调的噪声等；C类特性（一般特性）类特性（一般特性）：不合格也不会影响使用，不致于引起顾客投诉。如家电产品的轻微外观缺陷等。n与当今的标准相比要求偏低。有些企业提出 6s 管理、零缺陷生产的要求产品过程综合能力等级评价等级III判断 过剩 富余 理想 低风险 中等风险高风险极高风险实施统计过程控制的流程n通过调查，收集数据n分析数据 n判断过程是否异常？n是，查明原因，排除异常n否，分析过程能力n过程能力是否达到要求？n是，采用控制图维持过程处于受控状态，研究进一步提高质量、降低成本的办法n否，采用试验设计等方法改进过程，重复上述程序，直到过程能力达到要求
