统计过程控制教学课件PPT.ppt

第四章 统计过程控制,第一节 统计过程控制概述,一、21世纪质量的世纪提出超严格质量要求 1、科学技术的发展，产品的不合格率P可以降低到百万分之一（ppm.10-6），乃至十亿分之一（ppb.10-9） 2、生产控制方式由过去的3控制方式须进为6控制方式。,3控制：过程均值无偏时， P=2.710-3=2700ppm。 若过程偏移1.5时， P=66807ppm。 (2) 6控制：过程均值无偏移时， P=0.00210-6=2ppb=0.002ppm 若过程偏移1.5时， P=3.4ppm (3) 6控制与3控制方式的比较： 无偏时：使不合格品率降低了： 21710-3/2.010-9=1.35106，即135万倍。 有偏时：668073.420000， 约2万倍。,3、先进的科技科学可提高产品质量指标的 绝对值。 先进的质量科学可以将质量波动调整到最小。,二、统计过程控制的基本概念 1、统计过程控制（SPC）的函义： 为了贯彻预防原则，应用统计技术对过程 中的各个阶段进行评估和监察，建立并保持过 程处于可接受的并且稳定的水平，从而保证产 品与服务符合规定的要求的一种技术。 控制图理论是SPC的主要工具。,2、SPC的特点 (1)强调全员参加； (2)应用统计方法； (3)强调全过程控制，重点在于“P”过程。 3、统计过程诊断：SPD SPC：可以判断过程异常，及时告警，但不能 告知此异常是何因素引起 SPD：除了具有SPC功能外，而且还具有诊断 功能。,第二节 控制图原理,一、控制图的结构 1、什么是控制图？ 控制图是对过程质量特性值进行测定、记录、 评估，从而监察过程是否处于控制状态的一种 用统计方法设计的图。,2、控制图的结构（三线多点）,时间或样本号,样本统计量数值,UCL 上控制线,CL 中心线,LCL 下控制线,三线：UCL，CL，LCL统称为控制界限 注意和公差界限的区别： USL（TU） LSL（TL） 控制界限公差界限 多点：按时间顺序抽取的样品统计量数值的 描点序列。 优点：从图中所描绘的点子与控制界限或规范 界限相比较。可直观看到产品的质量。 （看是否有无界外点或各点是否随机排列）,二、控制图的重要性 可用于直接控制与诊断过程：如： (1)分析判断生产过程的稳定性，从而使生产 过程处于统计控制状态； (2)及时发现生产过程中的异常现象和缓慢变 异，预防不合格品发生； (3)查明生产设备和工艺装备的实际精度，以便 作出正确的技术决定； (4)为评定产品质量提供其依据。,基本格式：包括标题部分和控制图部份。 标题部分： 控制图名称：控制图,三、控制图原理 （一）控制图的形成： 将通常的正态分布图转个方向，使自变量 增加的方向垂直向上，并标上三条控制线。,（二）控制图的设计原理 1、正态性假设： 任何质量特性值总会存在一定程度的波动， 当过程稳定或者说受控时，这些波动主要是由 5M1E（人、机、料、法、环、测）等的微小变 化造成的随机误差。此时绝大多数质量特性值均 服众或近似服众正态分布。这一假定称之为 正态性假定。,2、3准则： 若质量特性x服从正态分布N（，2）， 根据正态分布的概率性质有： P-3x+3=99.73%， 即-3, +3是x的实际取值范围。 +3 -3 据此原理：若对x设计控制图，则中心线 CL=，UCL=+3，LCL=-3,3、小概率原理：（第一种解释） 所谓小概率原理，即认为小概率事件一般 是不会发生的，由3控制方式可知： (1)若过程正常：则点子超过控制界限的可能 性只有0.27%，而超过UCL或LCL情况的概率只 有1.35； (2)若过程异常：值变化，分布曲线偏移，则 点子超过控制界限的可能性大大增加。如果只取少量 的点，就出现这种情况（界外点），则可以判断 过程异常。,4、异常波动产生界外点：（第二种解释） 质量因素：根据： （1）来源不同：人、机、料、法、环 （2）影响大小 偶然因素（偶因）:过程固有，始终存在，影响小 异常因素（异因）:非过程固有，时有时无， 不难 除去，影响大,假设在过程中，只有偶因而无异因，过程 处于正常波动，则以此波动（此波动幅度小） 设计出控制图的控制界限。当有异常波动时 （此波动幅度大），点子就会落在界外。多点 出界表明存在异常波动。 控制图上的控制界限就是区分偶波与异波 的科学界限。 UCL、CL、LCL控制图的实质是：区分 偶波与异波这两类因素。,四、控制图在贯彻预防原则中的作用 1、应用控制图对生产过程进行监控，如右图： 出现点子有向界外单调发展的趋势，即可发现， 采取措施加以清除。 2、更经常出现的是控制图上点子突然出界，显 示异常。这时必须查出异因采取措施，加以清除。 上述两点，显示了控制图具有及时告警的作用。,五、统计控制状态（稳态） 1、统计控制状态：是以一种统计标准作为基准 设计的控制状态； 2、统计控制状态：是指过程中只有偶因，而无 异因产生的变异状态；,3、统计控制状态是生产所追求的目标。在稳态下 有下列几大特点 （1）稳态下所产生的不合格最少，生产最经济； （2）稳态下对生产出来的产品质量有完全把握， 合格率99.73%。 （3）稳态下，过程的变异最小。 4、推行SPC可实现全过程的预防，使道道工序 都达到控制状态，成为全稳生产线。,六、两类错误,控制图上所用的数据是通过抽检来进行的，只要是抽检不可能不犯错误。,控制图的两类错误： 1、第一类错误：虚发警报 小概率事件一般是不会发生的，但也可能导 致错误，犯错误的可能性恰恰就是此小概率。如 生产正常情况下，以3控制方式为例，假如按抽 样方案（30，0）抽取样本在1000个产品中，把仅 有不到3个的不合格品碰巧被抽到1个，那么根据 点出界就判异，显然是犯了虚发警报的错误。称 为第一类错误，犯错误的概率为=0.27%。 造成寻找根本不存在的异因的损失。,2、 第二类错误：漏发警报 过程已经异常，但仍有部分产品是合格的， 如果抽取到的恰好是这样的合格产品，打点就会 在界内，使人们误以为过程仍然是稳态的，从而 犯了第二类错误。即漏发警报。造成不合格品增 加的损失。,3、如何减少两类错误所造成的损失 （1）两种错误是不可避免的； （2）3方式能使两种错误造成的总损失最小； （3）控制图上下控制线间距增大，减少增大。,七、3原则,UCL=+3 CL= LCL=-3 和为统计量的总体参数。总体参数与样 本统计量不能混为一谈。 总体=过去、现在、将来的产品的全体。 总体参数值是不可能精确知道，只能通过以 往已知的数据估计。 样本=只是从已制成产品中抽取一部分。 其数值则是已知的。,规范限用以区分合格与不合格，控制界限则 用以区分偶然皮波动与异常波。 USL（T） 规范界限 LSL（TL） UCL 控制界限 LCL,八、常规控制图的分类,第三节 分析用控制图与控制用控制图,一、分析用控制图与控制用控制图的含义 1、分析用控制图的阶段 刚开始应用控制图时一般都会存在异因 过程处于非稳态控制图界限间隔较宽不能 用来监控过程。此时，应查找过程失控的异常 原因，并加以消除，去掉异常数据点，重新计 算中心线和控制界限线。若异常数据点比例过 大，则应改进生产过程，再次收集数据，计算 中心线和控制界限线。,分析用控制图主要用于： (1) 分析过程是否处于统计控制状态； (2) 该过程的能力指数CP是否满足要求； 把过程能力指数满足的状态称作技术稳态。 CP值必须在统计稳态下计算，故须先将过程 调整到统计稳态，然后再调整到技术稳态。,状态I： 统计控制状态，+技术控制状态=最理想状态 状态II： 统计控制状态未达到，技术控制状态达到 状态III： 统计控制状态达状态 状态IV： 统计控制状态与技术控制状态均未达到到， 技术控制状态未达到,从状态IV到状态I，有两条路线 若从计算CP值上讲，应为IVIIII 从更加经济来讲：应为IVIII 生产线的未道工序一般应为状态I为宜 分析用控制图的调整过程即质量不断改进的过程 只有在生产过程处于统计控制状态，同时过程能 力指数满足要求的情况下，才能把分析用控制图 转为控制用控制图。,2、控制用控制图阶段 控制用控制图由分析用控制图转化而成，它 用于对生产过程进行连续监控。按照确定的抽样 间隔和样本大小抽取样本。计算统计量数值并在 控制图上描点。根据判稳准则和判异准则来判断 生产过程是否异常。 控制用控制图在使用一段时间后，根据实际 情况（可能又会出现新的异常，这时应检查出异因， 采取措施，加以消除，恢复统计稳态）对中心线和 控制界限线进行修改。,二、常规控制图的设计思想 常规控制图的设计思想是先定，再看 1、按照3方式确定UCL，CL，LCL，就等于 确定0=0.27； 2、在统计中通常采用=1%，5%，10%三级， 但常规控制图的取得特别小，这样就大， 于是用第二类判异准则加以限制： 即：即使点子不出界，但当界内点排列不随机 也表示存在异常因素。,三、控制图处于“控制状态”的分析 判定生产过程处于控制状态的标准有以下两条 （一）对分析用控制图，判定规则有： 1、控制图上绝大多数的点子在控制界限内 2、控制图上的点子随机排列（排列没有异常） 这时控制图的控制界限可以作为以后生产过 程进行控制所遵循的依据。 （二）对控制用控制图，判定规则服从判异准则。,四、判异准则：,判异准则有点出界判异和界内点排列不随 机判异两类对界内点排列不随机判异； 国标GB/T 4091-2001常规控制图中规定了8 种判异准则。但这些判异准则主要适用于X图和 单值X图。且假定质量特性X服从正态分布。 （为了说明这些准则，将控制图分为6个区，每 个区宽1）,准则1：1点落在A区以外； 即点出界就判异（点数在25点以下） 准则1犯第一类错误 0=0.0027,准则2：9点在中心线同侧同侧链 此时选9点，目的是使00.0027,准则3：连续6点递增或递减单调链,准则4：连续14点相邻上下交替上下链,准则5：连续3点中2点落在中心线同一侧B区以外,准则6：5点中有4点落在中心线同一侧的C区以外,准则7：15点在C区中心线上下过密链,准则8：连续8点在中心线两侧，但无一在C区中,五、局部问题对策与系统改进,1、局部问题对策： 由异常原因（波动大）造成的质量变异可由 控制图发现称为局部问题，约占过程问题的15% 可由过程人员（现场人员）负责处理。,2、系统改进： 由偶然原因（波动小）造成的质量变异可 通过分析过程能力发现。但要清除比较难，须 由高层决策，这类问题约占过程问题的85%。 系统早期出现的问题往往是局部问题。 所谓生产过程处于统计控制状态，实质上 是指生产过程仅受随机因素（偶因）影响，不 受异因（局部问题）影响。,第四节 过程能力与过程能力指数,一、过程能力 过程能力也称工序能力。是指过程加工质量 方面的能力。它是衡量过程加工内在一致性的， 是稳态下的最小波动。 过程能力决定于质量因素：人、机、料、法、 环，而与公差无关。 通常用6倍标准差（6）表示过程能力，它 的数值越小越好。,二、过程的能力指数： 过程能力指数用以反映过程处于正常状态 下时，所表现出来的保证产品质量能力。,CP值越大，表明加工质量越高，但对设备 和人员操作水平要求也高。 加工成本也越大，所以CP值选择应根据技术与 经济进行综合考虑。 各种分布情况下的CP值。,（四）CP和 CPK的比较与说明： 1、CP：表示无偏移情况下过程加工的一致性， 即“质量能力”，CP值越大，质量能力越强； 2、CPK：表示有偏移情况下，过程中心与公差 中心M的偏移情况，CPK越大，则二者偏离越小，是 过程的“质量能力”与“管理能力”二者综合的结果。,三、过程改进策略 过程改进策略包括判断过程是否处于统计 控制状态（即判稳）和评价过程能力两个环节。 评价方框图见教材P169。,四、过程性能指数 1、过程性能指数，又称为长期过程 能力指数：PP、PPK 2、CP、CPU、CPL、CPK为C系列 （过程的短期）过程能力指数 3、PP、PPU、PPL、PPK为P系列 （过程的长期）过程性能指数,第五节 常规控制图的作法及其应用,一、各类常规控制图的使用场合： 1、X-R控制图(均值一极差)适用于控制对象是以计量值为指标的场合，如强度、纯度、时间 等。 X控制图：判断生产过程的均值的变化是否处于受 控状态 R控制图：判决生产过程的分散性或变异情况 （标准差）是否处于受控状态。,2、X-S控制图：（均值标准差） 同X-R控制图相似，只是用标准差S图代替R图。 当n10(每组样本量超过10时)需要用S图代替R图。 3、Me-R控制图：（中位数一极差） 同X-R图相似，用中位数Me代替均值(X)图。 但n应取奇数 。,4、X-Rs控制图（单值一移动极差） 每组只取一个观测值,5、P控制图：（不合格品率控制图） 用于控制对象为不合格品率或合格品率等计 数质量指标的场合，使用P图时，应选择重要的 检查项目作为判断不合格品的依据。 6、np控制图：（不合格品数控制图） 用于控制对象为不合格品数的场合，n样本， p不合格品率，则np不合格品数。这里只要求 n不变。,7、C控制图：（不合格数控制图） 适用于一定单位中所出现的不合格数。 但使用时，这个“一定单位”不能变化。 8、u控制图：（单位不合格数控制图） 当“一定的单位”变化时，就要以换算为 “平均每单位”的不合格数后再使用u控制图。,例：当控制图的质量指标为单位产品上的缺 陷数时，以及当控制图的质量指标为不合格 品率时，控制图应分别选（ ） P图、C图 B、C图、P图 C、P图、U图 D、U图、P图,二、应用控制图需要考虑的一些问题 1、控制图用于何处：对于任何凡需要对质量 进行控制的场合都可以应用控制，但： （1）控制对象应能够定量； （2）所控制的过程必须具有重复性。 2、如何选择控制对象：控制对象应选过程的 主要指标。,3、怎样选择控制图： （1）根据所控制质量特性的数据性来选： 数据为连续值（计量值）： 应选X-R图，X-S图，X-Rs图 数据为计件值：应选P图或nP图 数据为计点值：应选C图或U图,4、如何分析控制图： 若控制图中点子未出界，同时点子随机排 列，则过程处于统计控制状态，若控制图中点 出界或界内排列不随机，则认为过程失控。 5、过程失控时 （点子出界或界内点排列非随机） 应立即查明原因，采取措施，防止再次出现。,6、控制图的重新制定：当人、机、料、法、 环，测即5M1E发生变化时，控制图必须重新制定。 在使用相当时间，应重新抽取数据进行计算，加 以检验。,7、计量控制图与计数控制图的比较： （1）计量图敏感性强，计数图使用范围广； （2）计量图从有效控制质量关键来说，比计数 图效果好； （3）计量图比计数图：所需样本量少； （4）两图可配合使用，对主要指标（关键）采 用计量图；对次要、一般的指标，采用计数图。,三、X-R控制图,（一）X-R控制图的特点 1、适用范围广：图和R图都有此特点。 2、灵敏度高：只有图有R图没有此优点。,（二）X-R图的作法 1、收集数据并加以分组，一般制作X-R图， 每组样本大小10,组数m25。计算每组的样 本均值和样本极差，再计算X和R,（三）X-R控制图的操作步骤 步骤1 ：确定控制对象 但应注意： （1）选关键、重要的质量特性指标； （2）有因果关系，则取作为因的指标为统计量； （3）控制对象明确； （4）应能够定量（数字表示）； （5）容易测定和对过程容易采取措施。,步骤2：取预备数据 （1）取25个子组，每个子组大小（样本容量）推荐为4或5； （2）合理子组原则：“组内差异只由偶因造 成，组间差异主要由异因造成”应用时：即每个 子组的组成应在短间隔内取，以避免异因进入。 同时在过程不稳，变化激烈时应多抽取样本，而 在平稳时，则少取。,步骤3：计算X，Ri 步骤4：计算X ，R 步骤5：计算R图控制线，并作图,步骤6：将预备数据表中的Ri值绘在R图中， 并对状态进行判断。若稳，则进行步骤7；若 不稳，则当： （1）只有个别子组出现界外点时，查明原因 后，把异常点去掉，从步骤3重新开始。 （2）当异常数据点比例过大，则应改进生产 过程，并从步骤2重新开始。,步骤7：计算图的控制限并作图。将预备数据表 中的值绘在图中对状态进行判断。若稳，则进 行步骤8，若不稳，同步骤6的情况一样处理。 步骤8：计算过程能力指数，并检验其是否满足 技术要求。若过程能力指数满足技术要求，则转 入步骤9。 若过程能力指数不满足要求，则需调整过程直到 满足。,步骤9：延长X-R控制图的控制线，作控制用 控制图；进行日常管理。 上述步骤：18为分析用控制图； 步骤9为控制用控制图 。,四、计量控制图系数表P173 当n5时 ,B3=0时，当n6时，D3=0,五、X-S图（均值标准差图）,