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SPC统计制程管制教材,统计过程控制(培训讲义教材资料)


spc

SPC(Statistical Process Control)

统计制程管制

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目录
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1 2 3 4

SPC的产生 SPC的作用 SPC常用术语解释 持续改进及统计过程控制概述
a b c d e f 制程控制系统 变差的普通及特殊原因 局部措施和对系统采取措施 过程控制和过程能力 过程改进循环及过程控制 控制图
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?5

管制图的类型

? 6 管制图的选择方法 ? 7 计量型数据管制图

?
? ? ? ? ?

a 与过程有关的控制图 b 使用控制图的准备 c X-R 图 d X- s 图 e ?X- R图 f X-MR图

? 8 计数型数据管制图 ? a p图
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b c d

np 图 c图 u图

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SPC的产生 工业革命以后, 随着生产力的进一步发展,大规 模生产的形成,如何控制大批量产品质量成为一个突 出问题,单纯依靠事后检验的质量控制方法已不能适 应当时经济发展的要求,必须改进质量管理方式。于 是,英、美等国开始着手研究用统计方法代替事后检 验的质量控制方法。 ? 1924年,美国的休哈特博士提出将3Sigma原理运用 于生产过程当中,并发表了著名的“控制图法”,对过 程变量进行控制,为统计质量管理奠定了理论和方法 基础。

?

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5

SPC的作用 ? ? ? ? 1、确保制程持续稳定、可预测。 2、提高产品质量、生产能力、降低成本。 3、为制程分析提供依据。 4、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。

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SPC常用术语解释
名称
平均值 (X)

解释 一组测量值的均值 一个子组、样本或总体中最大与最小值之差 用于代表标准差的希腊字母 过程输出的分布宽度或从过程中统计抽样值(例如: 子组均值)的分布宽度的量度,用希腊字母σ或字母 s(用于样本标准差)表示。 一个分布中从最小值到最大值之间的间距 将一组测量值从小到大排列后,中间的值即为中位数。 如果数据的个数为偶数,一般将中间两个数的平均值 作为中位数。 一个单个的单位产品或一个特性的一次测量,通常用 符号 X 表示。
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极差(Range) σ(Sigma) 标准差 (Standard Deviation) 分布宽度 (Spread) 中位数 ?x 单值 (Individual)

名称
中心线 (Central Line) 过程均值(Process Average)

解释 控制图上的一条线,代表所给数据平均值。 一个特定过程特性的测量值分布的位置即为过程均 值,通常用 X 来表示。 控制图上一系列连续上升或下降,或在中心线之上 或之下的点。它是分析是否存在造成变差的特殊原 因的依据。

链(Run)

过程的单个输出之间不可避免的差别;变差的原因 变差(Variation) 可分为两类:普通原因和特殊原因。
特殊原因 (Special Cause)

一种间断性的,不可预计的,不稳定的变差根源。 有时被称为可查明原因,它存在的信号是:存在超 过控制限的点或存在在控制限之内的链或其它非随 机性的图形。
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名称

解释

普通原因 造成变差的一个原因,它影响被研究过程输出 (Common Cause) 的所有单值;在控制图分析中,它表现为随机 过程变差的一部分。
是指按标准偏差为单位来描述的过程均值和规格界限 过程能力 (Process Capability) 的距离,用Z来表示。

移动极差 (Moving Range)

两个或多个连续样本值中最大值和最小值之差。

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制程控制系统 有反馈的过程控制系统模型
过程的呼声 人 设备 材料 方法 环境 统计方法 我们工作 的方式/资 源的融合 产品或 服务 顾客 识别不断变化的 需求量和期望 输入 过程/系统 顾客的呼声 输出

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变差的普通原因和特殊原因
普通原因:是指过程在受控的状态下,出现的具有稳定的且可重 复的分布过程的变差的原因。普通原因表现为一个稳 系统的偶然原因。只有过程变差的普通原因存在且不 改变时,过程的输出才可以预测。 特殊原因:(通常也叫可查明原因)是指造成不是始终作用于过 程的变差的原因,即当它们出现时将造成(整个) 过程的分布改变。只用特殊原因被查出且采取措 施,否则它们将继续不可预测的影响过程的输出。

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每件产品的尺寸与别的都不同

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

范围

范围 范围 分布可以通过以下因素来加以区分 位置 分布宽度

范围 形状

或这些因素的组合
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如果仅存在变差的普通原因, 随着时间的推移,过程的输 出形成一个稳定的分布并可 预测。

目标值线

预测

时间 范围 目标值线 预测

如果存在变差的特殊 原因,随着时间的推 移,过程的输出不 稳定。 时间
范围
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局部措施和对系统采取措施

?
? ? ?

局部措施
通常用来消除变差的特殊原因 通常由与过程直接相关的人员实施 通常可纠正大约15%的过程问题

? 对系统采取措施
? ? ? 通常用来消除变差的普通原因 几乎总是要求管理措施,以便纠正 大约可纠正85%的过程问题
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过程控制

受控 (消除了特殊原因)

时间

范围 不受控 (存在特殊原因)
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过程能力
受控且有能力符合规范 (普通原因造成的变差已减少) 规范下限

规范上限

时间

范围 受控但没有能力符合规范 (普通原因造成的变差太大)
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过程改进循环
1、分析过程 本过程应做什么? 会出现什么错误? 本过程正在做什么? 达到统计控制状态? 确定能力 计划 措施 实施 研究 计划 措施 2、维护过程 监控过程性能 查找变差的特殊原因并 采取措施。

实施 研究

计划

实施 3、改进过程 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
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措施

控制图
上控制限 中心限 下控制限 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
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管制图类型

X-R 均值和极差图 计 量 X-δ均值和标准差图 型 数 X -R 中位值极差图 据 X-MR 单值移动极差 图 计 数 型 数 据

P chart 不良率管 制图 nP chart 不良数管 制图 C chart 缺点数管 制图 U chart 单位缺点 数管制图

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控制图的选择方法
确定要制定控 制图的特性 是计量 型数据 吗? 否 关心的是 不合格品 率? 样本容量是 否 否恒定? 是 是 否 关心的是 不合格数 吗? 样本容量是 否桓定? 是 否 使用u图

使用p图

是 性质上是否是均 匀或不能按子组 取样—例如:化 学槽液、批量油 漆等? 是

使用np或p图
否 子组均值是 否能很方便 地计算? 是
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使用c或u图


使用中 位数图



使用单值图 X-MR

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接上页

子组容量 是否大于 或等于9?



使用 X—R图


是否能方便 地计算每个 子组的S值?



使用 X—R图

是 使用 X— s图

注:本图假设测量系统 已经过评价并且是适用 的。

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计量型数据控制图
与过程有关的控制图
人员 设备 环境

1
材料 方法

2

3

4

5

6

计量单位:(mm, kg等) 过程

结果举例
螺丝的外径(mm) 从基准面到孔的距离(mm) 电阻(Ω) 锡炉温度(?C) 工程更改处理时间(h)
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控制图举例
X图 R图

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测量方法必须保证始终产生准确和精密的结果 不精密 精密

不准确

?? ? ? ? ? ?? ? ? ???? ?? ? ?
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? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ?
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准确

使用控制图的准备
1、建立适合于实施的环境 a 排除阻碍人员公正的因素 b 提供相应的资源 c 管理者支持 2、定义过程 根据加工过程和上下使用者之间的关系,分析每个阶段的影响 因素。 3、确定待控制的特性 应考虑到: 顾客的需求 当前及潜在的问题区域 特性间的相互关系 4、确定测量系统 a 规定检测的人员、环境、方法、数量、频率、设备或量具。 b 确保检测设备或量具本身的准确性和精密性。
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接上页
5、使不必要的变差最小 确保过程按预定的方式运行 确保输入的材料符合要求 恒定的控制设定值 注:应在过程记录表上记录所有的相关事件,如:刀具更新,新的材料批 次等,有利于下一步的过程分析。

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均值和极差图(X-R) 1、收集数据
以样本容量恒定的子组形式报告,子组通常包括2-5件连续的产 品,并周性期的抽取子组。 注:应制定一个收集数据的计划,将其作为收集、记录及描图的依据。 1-1 选择子组大小,频率和数据 1-1-1 子组大小:一般为5件连续的产品,仅代表单一刀具/冲头/过程 流等。(注:数据仅代表单一刀具、冲头、模具等 生产出来的零件,即一个单一的生产流。) 1-1-2 子组频率:在适当的时间内收集足够的数据,这样子组才能 反映潜在的变化,这些变化原因可能是换班/操作人 员更换/材料批次不同等原因引起。对正在生产的产 品进行监测的子组频率可以是每班2次,或一小时一 次等。
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1-1-3 子组数:子组越多,变差越有机会出现。一般为25组,首次使 用管制图选用35 组数据,以便调整。 1-2 建立控制图及记录原始数据 (见下图)

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记录单位: 组立 X =均值X= 173 R =均值R = 4.3

烤纸“温度”X -R图 滤纸材质:机油格 规范温度:170-175°c UCL= X +A2 R = LCL= X +A2 R = 175 170 UCL=D4 R = 9.09 LCL=D3R = 0
X图

--

机器名称:烤炉

A2=0.577

175 174 173 172 171 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3

系列 1

系列 2

D3=0.000
R图 8 4

D4=2.115

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

系列 1

编号

1
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9/13 9:0010:00

日期/ 时间 读数 读数 读数 读数 读数 1 2 3 4 5

9/6 9/6 9/6 9/6 9/6 9/6 9/7 9:00- 10:11:00- 13:30- 14:30- 15:30- 8:0010:00 11:00 12:00 14:30 15:30 16:30 9:00

9/7 9/7 9/7 9/7 9/7 9/8 9/8 9/8 9/8 9/11 9:00- 10:00- 11:00- 13:30- 15:30- 10:30- 13:30- 14:30- 15:30- 8:0010:00 11:00 12:00 14:30 16:30 11:30 14:30 15:30 16:30 9:00

9/11 9/11 9/11 9/11 9/12 9:00- 10:00- 11:00- 13:30- 8:0010:00 11:00 12:00 14:30 9:00

9/12 9/12 9/12 9/12 13 13:30- 14:30- 15:30- 16:30- 8:0014:30 15:30 16:30 17:30 9:00

读数之和 读数数量 R=最大值- 最小值

Χ

174 175 174 173 173 174 2

175 176 175 174 173 175 3

175 177 176 174 172 175 5

173 174 175 176 175 175 3

171 170 172 174 175 172 5

172 174 173 172 173 173 2

173 170 169 171 172 171 4

176 175 173 170 169 173 7

171 172 173 174 175 173 4

172 173 174 176 175 174 4

174 173 170 171 172 172 4

176 174 172 169 170 172 7

173 172 170 171 173 172 3

176 174 171 170 171 172 6

174 175 176 174 171 174 5

172 172 173 174 175 173 3

170 169 171 172 173 171 4

175 174 172 170 171 172 5

172 173 175 176 174 174 4
备注

176 175 174 173 170 174 6

171 173 173 174 175 173 4

175 174 175 173 172 174 3

173 172 170 171 172 172 3

169 171 173 174 175 172 6

170 169 171 172 173 171 4

175 173 170 169 171 172 6

175 176 174 172 170 173 6

175 173 171 169 170 172 6

174 175 175 174 173 174 2

应记录人员、材料、环境、方法、机器或测量系统的任何变化,当控制图上出现信号时,这些记录将有助于采取纠正措 .
日期/时间 备注 日期/时间

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1-3、计算每个子组的均值(X)和极差R 对每个子组计算: X=(X1+X2+…+Xn)/ n R=Xmax-Xmin 式中: X1 , X2 ? ? ? ?为子组内的每个测量值。n 表示子组 的样本容量 1-4、选择控制图的刻度 4-1 两个控制图的纵坐标分别用于 X 和 R 的测量值。 4-2 刻度选择 :

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对于X 图,坐标上的刻度值的最大值与最小值的差应至少为子组均值 (X)的最大值与最小值的差的2倍,对于R图坐标上的刻度值的最大值 与最小值的差应为初始阶段所遇到的最大极差(R)的2倍。 注:一个有用的建议是将 R 图的刻度值设置为 X 图刻度值的2倍。 ( 例如:平均值图上1个刻度代表0.01英寸,则在极差图上 1个刻度代表0.02英寸)

1-5、将均值和极差画到控制图上
5-1 X 图和 R 图上的点描好后及时用直线联接,浏览各点是否 合理,有无很高或很低的点,并检查计算及画图是否正确。 5-2 确保所画的X 和R点在纵向是对应的。 注:对于还没有计算控制限的初期操作的控制图上应清楚地注明“初始研 究”字样。
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2

计算控制限 首先计算极差的控制限,再计算均值的控制限 。

2-1 计算平均极差(R)及过程均值(X)
R=(R1+R2+…+Rk)/ k(K表示子组数量) X =(X1+X2+…+Xk)/ k

2-2 计算控制限 计算控制限是为了显示仅存在变差的普通原因时子组的均 值和极差的变化和范围。控制限是由子组的样本容量以及反 映在极差上的子组内的变差的量来决定的。 计算公式: UCLx=X+ A2R UCLR=D4R LCLx=X - A2R LCLR=D3R
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接上页 注:式中A2,D3,D4为常系数,决定于子组样本容量。其系数值 见下表 : n D4 D3 A2 2 3.27 ??? 1.88 3 2.57 ??? 1.02 4 2.28 ??? 0.73 5 2.11 ??? 0.58 6 2.00 ??? 0.48 7 1.92 0.08 0.42 8 1.86 0.14 0.34 9 1.82 0.18 0.34 10 1.78 0.22 0.31

注: 对于样本容量小于7的情况,LCLR可能技术上为一个负值。在这 种情况下没有下控制限,这意味着对于一个样本数为6的子组,6个“同 样的”测量结果是可能成立的。

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2-3 在控制图上作出均值和极差控制限的控制线

?
? ? ?

平均极差和过程均值用画成实线。 各控制限画成虚线。 对各条线标上记号(UCLR ,LCLR ,UCLX ,LCLX) 注:在初始研究阶段,应注明试验控制限。

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过程控制分析
分析控制图的目的在于识别过程变化或过程均值不恒定的证据。 (即其中之一或两者均不受控)