SPC基础培训PPT

SPC(Statistical Process Control)统计过程控制统计过程控制*课程内容课程内容本次课程设计内容：关于SPC的根本概念：过程、变差、SPC、过程控制调整X-R图的绘制与使用 一些常见的统计工具*什么是过程什么是过程一组将输入转化为输出的相互关联或相互关系的活动，就是过程。一个过程的输入通常是其他过程的输出组织为了增值通常对过程进行筹划并使其在受控条件下进行活动输入输出支持活动，如：培训、设备维护等管理活动或资源提供过程单元*过程控制系统模型过程控制系统模型过程的呼声人设备材料方法环境产品输入过程/系统输出顾客的呼声生产过程冲压/包装/焊接。统计方法顾客识别不断变化的需求量和期望*为什么要应用为什么要应用SPC在生产过程中，产品的加工尺寸的波动是不可防止的。它是由人、机器、材料、方法和环境等根本因素的波动影响所致。波动分为两种：正常波动和异常波动。正常波动是偶然性原因不可防止因素造成的。它对产品质量影响较小，在技术上难以消除，在经济上也不值得消除。异常波动是由系统原因异常因素造成的。它对产品质量影响很大，但能够采取措施防止和消除。过程控制的目的就是消除、防止异常波动，使过程处于正常波动状态，预防-防止浪费和不良。*质量是生产出来的，不是检验出来的*SPC概念概念使用诸如控制图等数理统计技术来分析过程或其输出以便采取适当的措施来消除异常波动，到达并保持统计控制状态从而提高过程能力。*一组重要的统计概念平均值极差、标准差计量型数值与计数型数值*计数型数值和计量型数值计数型数值和计量型数值*平均值平均值Xbar 或或 X*极差极差R和标准差和标准差()极差R：一组数据中的最大值减去最小值 标准差Sigma)：标准差总体标准差=样本标准差=通常用样本标准差近似的估计为总体标准差标准差的意义：一组数中各单个值与总体平均数之间的平均离差，说明该组数的离散程度*极差极差R和标准差和标准差()的关系的关系标准偏差与极差的关系对于给定的样本容量,平均极差-R越大,标准偏差-越大X范围范围XX范围RRR 每件产品的尺寸与别的都不同 范围 范围 范围 范围但它们形成一个模型，假设稳定，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 形状 或这些因素的组合如果仅存在变差的普通原因，目标值线随着时间的推移，过程的输出形成一个稳定的分布并可预测。预测 时间 范围 目标值线如果存在变差的特殊原因，随着时间的推 预测移，过程的输出不稳定。时间 范围局部措施通常用来消除变差的特殊原因偶然性因素造成的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系统性因素造成的几乎总是要求管理措施，以便纠正大约可纠正85%的过程问题过程控制的目标和作用目标：对影响过程的措施做出合理经济的决定过程控制的作用：当出现变差的特殊原因时报警*局部措施和对系统采取措施局部措施和对系统采取措施过程控制过程控制 受控受控 消除了特殊原因消除了特殊原因 时间时间 范围范围 不受控不受控 存在特殊原因存在特殊原因过程能力是指过程处于受控状态下的实际加工能力一个稳定过程的固有变差的总范围工序能力高时：产品品质出现异常的几率越小工序能力低时：产品品质出现异常的几率越大*过程能力过程能力 过程能力 受控且有能力符合标准 普通原因造成的变差已减少 标准下限 标准上限 时间 范围 受控但没有能力符合标准 普通原因造成的变差太大1、分析过程、分析过程 2、维护过程、维护过程 本过程应做什么？本过程应做什么？监控过程性能监控过程性能 会出现什么错误？会出现什么错误？查找变差的特殊原因并查找变差的特殊原因并 本过程正在做什么？本过程正在做什么？采取措施。采取措施。到达统计控制状态？到达统计控制状态？确定能力确定能力 方案方案 实施实施 方案方案 实施实施 措施措施 研究研究 措施措施 研究研究 方案方案 实施实施 3、改进过程、改进过程 措施措施 研究研究 改进过程从而更好地理解改进过程从而更好地理解 普通原因变差普通原因变差 减少普通原因变差减少普通原因变差*过程改进循环过程改进循环 带有不同水平的变差的能够符合标准的过程所有的输出都在标准之内标准下限 LSL标准上限 USL范围 LSL USL范围不能符合标准的过程有超过一侧或两側标准的输出 LSL LSL USL USL范围范围过程能力用过程能力指数来加以量化过程能力用过程能力指数来加以量化CP:制程能力指数，只考虑一致性程度制程能力指数，只考虑一致性程度 Cp=T/6 T=USL-LSL)USL:公差上限公差上限 LSL:公差下限公差下限CPK:综合制程能力指数，同时考虑偏差和一致性综合制程能力指数，同时考虑偏差和一致性 Cpk=min【(USL-Xbar/3,(Xbar-LSL)/3】Xbar=总平均值总平均值*过程能力指数过程能力指数Cp和和Cpk 一致性比较好的能够符合标准的过程所有的输出都在标准之内，且测量平均值与规格中心值保持一致标准下限 LSL标准上限 USL范围 LSL USL范围一致性较差但是符合标准的过程所有的输出都在规格之内，但是测量平均值与规格中心值之间存在偏差标准中值Cpk值处理原则1.67Cpk 无缺点考虑降低成本 1.33Cpk1.67 维持现状 1Cpk1.33有缺点发生 Cpk0.67 采取紧急措施，进行品质改善，并研讨规格*Cpk值的判定原那么控制图是1924年休哈特博士在贝尔实验室创造的。基于可控制和不可控制的变差的区分。二战后的日本工业企业将控制图应用到极致，为战后日本的经济复苏做出了很大的奉献*过程控制的工具-控制图上控制限中心限下控制限*目前莱尔德使用的控制图当质量特性的随机变量x服从正态分布时，那么x落在x3的概率是99.73%。根据小概率事件可以“忽略的原那么：如果出现超出x3范围的x值，那么认为过程存在异常。所以，在过程正常情况下约有99.73%的点落在在此控制线内。观察控制图的数据位置，可以了解过程情况有无改变。cpk与PPM的换算关系:CPK=1.0PPM=2699.80,其含义为当时每1百万个产品中有个为报废品CPK=1.33PPM=66.07CPK=1.67PPM=0.5443CPK=2.0PPM=0.0020其中为3西格码为4西格码为5西格码,其中为6西格码*控制图原理-3原那么中心线CL):X上控制线/限UCL):X+3下控制线/限LCL):X-3右转90度3 3 x+3 x-3 xx99.73%*控制图的控制线公差界限：区分合格品与不合格品控制界限：区分正常波动与异常波动*公差界限与控制界限的区别UCLLCL把控制图上所有的数据分成两块，超出控制线的，在控制线内的。*控制图的设计思路先确定 ，再看 -按照3方式确定UCL、CL、LCL，0 =0.27%-通常采用 =1%，5%，10%三级，为了增加使用者的信心，取=0.27%。越大，越小1%5%10%*控制图的设计思路供正在进行过程控制的操作者使用有助于过程在质量上和本钱上能持续的、可预测的保持下去使过程到达：更高的质量更低的单件本钱更高的有效能力为讨论过程的性能提供共同的语言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*合理利用控制图的益处1、数据收集 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*使用控制图的根本步骤一：过程分析阶段初始能力研究：分析用控制图应用控制图时，首先将非稳态的过程调整到稳态，用分析控制图判断是否到达稳态。确定过程参数特点：1、分析过程是否为统计控制状态2、过程能力指数是否满足要求？二：过程监控阶段控制用控制图等过程调整到稳态后，延长控制图的控制线作为控制用控制图。应用过程参数判断*使用控制图的两个阶段计量型数据X-R 均值和极差图计数型数据P chart 不合格品率控制图 X-均值和标准差图nP chart不合格品数控制图X-R 中位值极差图 C chart 缺陷数控制图 X-MR 单值移动极差图 U chart 单位缺陷数控制图*控制图的类型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？否关心的是不合格数吗？是样本容量是否恒定？是使用np或p图否使用p图样本容量是否桓定？否使用u图是是使用c或u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？否子组均值是否能很方便地计算？否使用中位数图是使用单值图X-MR是*控制图的选择方法接上页接上页子组容量是否大于或等于9？是否是否能方便地计算每个子组的S值？使用XR图是否使用XR图使用X s图注：本图假设测量系统已经过评价并且是适用的。与过程有关的控制图 计量单位：mm,kg等 过程 人员 方法 材料 环境 设备 1 2 3 4 5 6结果举例控制图举例孔的直径（mm）从基准面到孔的距离（mm）弹片高度（mm）锡炉温度（C）.X图 R图*计量型数据控制图接上页接上页测量方法必须保证始终产生准确和精密的结果不精密 精密准确不准确 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*使用控制图的准备接上页接上页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。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：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。1、收集数据、收集数据 以样本容量恒定的子组形式报告，子组通常包括以样本容量恒定的子组形式报告，子组通常包括3-5件连续的产品，件连续的产品，并周性期的抽取子组。并周性期的抽取子组。注：应制定一个收集数据的方案，将其作为收集、记录及描图的依注：应制定一个收集数据的方案，将其作为收集、记录及描图的依据。据。1-1 选择子组大小，频率和数据选择子组大小，频率和数据 1-1-1 子组大小：子组大小：一般为一般为3-5件连续的产品，仅代表单一刀具件连续的产品，仅代表单一刀具/冲头冲头/过程流等。过程流等。1-1-2 子组频率：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，这变化，这 些变化原因可能是换班些变化原因可能是换班/操作人员更换操作人员更换/材料批次不同等材料批次不同等原因引起。对正在连续生产的产品进行监测的子组频率可以是每原因引起。对正在连续生产的产品进行监测的子组频率可以是每班班2次，或一小时一次等。次，或一小时一次等。*均值和极差控制图X-R1-1-3 子组数：子组越多，变差越有时机出现。一般为子组数：子组越多，变差越有时机出现。一般为25组，首次组，首次使用管制图选用使用管制图选用35 组数据，以便调整。组数据，以便调整。1-2 建立控制图及记录原始数据建立控制图及记录原始数据 见以下图见以下图 *均值和极差控制图X-R1-3、计算每个子组的均值、计算每个子组的均值X和极差和极差R 对每个子组计算：对每个子组计算：X=X1+X2+Xn/n R=Xmax-Xmin 式中：式中：X1，X2 为子组内的每个测量值。为子组内的每个测量值。n 表示子组表示子组 的样本容量的样本容量1-4、选择控制图的刻度、选择控制图的刻度 4-1 两个控制图的纵坐标分别用于两个控制图的纵坐标分别用于 X 和和 R 的测量值。的测量值。*均值和极差控制图X-R4-2 刻度选择刻度选择：对于对于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的最大值与最小值的差的2倍，对于倍，对于R图坐标上的刻度值的最大值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与最小值的差应为初始阶段所遇到的最大极差R的的2倍。倍。注：一个有用的建议是将注：一个有用的建议是将 R 图的刻度值设置为图的刻度值设置为 X 图刻度值的图刻度值的2倍。倍。例如：平均值图上例如：平均值图上1个刻度代表英寸，那么在极差图上个刻度代表英寸，那么在极差图上 1个刻度代表英寸个刻度代表英寸1-5、将均值和极差画到控制图上、将均值和极差画到控制图上 5-1 X 图和图和 R 图上的点描好后及时用直线联接，浏览各点是否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。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 确保所画的确保所画的X 和和R点在纵向是对应的。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“初始研初始研究字样。究字样。*均值和极差控制图X-R2计算控制限计算控制限3 首先计算极差的控制限，再计算均值的控制限首先计算极差的控制限，再计算均值的控制限。4 52-1 计算平均极差计算平均极差R及过程均值及过程均值X6 R=R1+R2+Rk/kK表示子组数量表示子组数量7 8 X=X1+X2+Xk/k 92-2 计算控制限计算控制限10 计算控制限是为了显示仅存在变差的普通原因时子组的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均11 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12 映在极差上的子组内的变差的量来决定的。映在极差上的子组内的变差的量来决定的。13 *均值和极差控制图X-R控制限计算公式：控制限计算公式：UCLx=X+A2R UCLR=D4R LCLx=X-A2R LCLR=D3R注：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：n2345678910D43.272.572.282.112.001.921.861.821.78D30.080.140.180.22A21.881.020.730.580.480.420.340.340.31 注：注：对于样本容量小于对于样本容量小于7的情况，的情况，LCLR可能技术上为一个负值。在这种情况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下没有下控制限，这意味着对于一个样本数为6的子组，的子组，6个个“同样的测量结果同样的测量结果是可能成立的。是可能成立的。*均值和极差控制图X-R2-3 在控制图上作出均值和极差的控制限在控制图上作出均值和极差的控制限 平均极差和过程均值画成实线。平均极差和过程均值画成实线。各控制限画成虚线。各控制限画成虚线。对各条线标上记号对各条线标上记号UCLR ，LCLR，UCLX，LCLX 注：在初始研究阶段，应注明试验控制限。注：在初始研究阶段，应注明试验控制限。过程控制分析过程控制分析 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。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进而采取适当的措施。即其中之一或两者均不受控进而采取适当的措施。注注1：R 图和图和 X 图应分别分析，但可进行比较，了解影响过程图应分别分析，但可进行比较，了解影响过程 的特殊原因。的特殊原因。注注2：因为子组极差或子组均值的能力都取决于零件间的变差，：因为子组极差或子组均值的能力都取决于零件间的变差，因此，首先应分析因此，首先应分析R图。图。*均值和极差控制图X-R3-1 重新计算控制限极差图重新计算控制限极差图a 在进行首次过程研究或重新评定过程能力时，失控的原因在进行首次过程研究或重新评定过程能力时，失控的原因已已 被识别和消除或制度化，然后应重新计算控制限，以排除被识别和消除或制度化，然后应重新计算控制限，以排除失控失控 时期的影响，排除所有已被识别并解决或固定下来的特殊时期的影响，排除所有已被识别并解决或固定下来的特殊原因原因 影响的子组，然后重新计算新的平均极差影响的子组，然后重新计算新的平均极差R和控制限，并画和控制限，并画下来，下来，使所有点均处于受控状态。使所有点均处于受控状态。b 由于出现特殊原因而从由于出现特殊原因而从R 图中去掉的子组，也应从图中去掉的子组，也应从X图中图中去掉。去掉。修改后的修改后的 R 和和 X 可用于重新计算均值的试验控制限，可用于重新计算均值的试验控制限，X A2R。注：排除代表不稳定条件的子组并不仅是注：排除代表不稳定条件的子组并不仅是“丢弃坏数据。而是丢弃坏数据。而是排除受的特殊原因影响的点。并且一定要改变过程，以使特排除受的特殊原因影响的点。并且一定要改变过程，以使特殊原因不会作为过程的一局部重现。殊原因不会作为过程的一局部重现。*均值和极差控制图X-R河水平均深度河水平均深度 1.7M,士兵平均身高士兵平均身高 平均主义害死人平均主义害死人 !出现超出控制线的点存在链Run)：连续七个点全在控制限之上或之下，连续七个点上升后点等于或大于前点或下降任何其他明显非随机的图形，例如：显著多于2/3以上的点落在均值很近之处25组有超过90%的点落在控制限1/3区域显著少于2/3以上的点落在均值很近之处25组有等于或少于40%的点落在控制限1/3区域过程异常判断准那么过程异常判断准那么不受控制的过程的极差有超过控制限的点UCLLCLUCLLCL R R受控制的过程的极差UCLLCL RUCL RLCL 不受控制的过程的极差存在高于和低于极差均值的两种链不受控制的过程的极差存在长的上升链不受控制的过程的均值有一点超过控制限 受控制的过程的均值UCLLCL XLCLUCL X不受控制的过程的均值长的上升链不受控制的过程的均值出现两条高于和低于均值的长链UCL XLCLUCL XLCLUCL XLCLUCL XLCL均值失控的过程点离过程均值太近均值失控的过程点离控制限太近为了我们的美好未来为了我们的美好未来,让我们一起努力奋斗让我们一起努力奋斗!谢谢！