中级统计制成控制学习课程讲义课件

Statistical Process Control Advanced Course德昌德昌 電机電机 中级统计制成控制课程Statistical Process Control AdPh.D.&Professor:Jim LiuMotorola CAMP graduateMotorola Six Sigma Black Belt graduateRich experience in manufacturing as:Sr.process engineerSr.design&product engineer Process group leaderManufacturing managerEngineering managerProject managerMTTSA chief editor and key memberMotorola SPC trainerExpert in Process Characterization&OptimizationWith successful problem solving records for 5 years within Motorola CPD授课人简介授课人简介Ph.D.&Professor:Jim LiuMot課程大綱課程大綱SPCSPC介紹介紹控制圖控制圖 計量型控制圖計量型控制圖 計數型控制圖計數型控制圖 分析及解釋控制圖分析及解釋控制圖 制程制程能力能力制程制程能力计算能力计算課程大綱SPC介紹The ProcessSPC-什么是统计过程控制什么是统计过程控制(SPC)下面按字面意思来解释一下什么是统计过程控制下面按字面意思来解释一下什么是统计过程控制(Statistical Process Control).统计学统计学(Statistics)是数学的一个分支是数学的一个分支:1.从所有同类项目从所有同类项目(总体总体)(population)中抽取一些项目中抽取一些项目(样本样本)(samples)2.计算集中趁特征计算集中趁特征(central tendency),如算术平均数如算术平均数(average或或mean)中位数中位数(median)和众数和众数(mode),以及离散特征以及离散特征(dispersion),如级差如级差(range),方差方差(variance)和标准差和标准差(standard deviation).3.对于总体分布对于总体分布,通过对抽样分布做假定通过对抽样分布做假定,便可提供对总体采取措施的基础便可提供对总体采取措施的基础.例如例如,根据经验根据经验/接受抽样样本的品质去推断应否接受或拒收整批货物接受抽样样本的品质去推断应否接受或拒收整批货物.统计学中利用变异统计学中利用变异(variation)的概念衡量产品或过程抽样分布围绕着平均的概念衡量产品或过程抽样分布围绕着平均值波动及在可接受的范围以内或以外波动的趋势值波动及在可接受的范围以内或以外波动的趋势.变异可能是随机变异可能是随机(random)(由于偶然因素造成由于偶然因素造成)或非随机的或非随机的(assignable)(由于机械由于机械,方法方法,物料与物料与/或人或人事引起事引起).统计学有助我们分辨随机与非随机因素统计学有助我们分辨随机与非随机因素.什么是统计过程控制(SPC)过程过程(process)是指生产产品是指生产产品/服务的一系列行动或操作服务的一系列行动或操作,也指也指支持产品支持产品/服服务的过程如管理务的过程如管理,财务财务,采购与工艺采购与工艺.控制控制(control)的意思是通过过程控制成功地控制产品服务的意思是通过过程控制成功地控制产品服务.控制是指通过经预先设计的实验及采用统计技巧成功地控制是指通过经预先设计的实验及采用统计技巧成功地:1)过程进行控制过程进行控制;2)维持或改善控制维持或改善控制.目标是使品质维持不变目标是使品质维持不变.把统计把统计,过程及控制三个名词的英文字头起来就是过程及控制三个名词的英文字头起来就是SPC.什么是统计过程控制什么是统计过程控制(SPC)-续续1过程(process)是指生产产品/服务的一系列行动或操作,SPC就是利用统计方法去就是利用统计方法去:1.分析过程的输出并指出其特性分析过程的输出并指出其特性.2.使过程在统计控制情况下成功地进行和维持使过程在统计控制情况下成功地进行和维持.3.有系统地减少该过程主要输出特性的变异有系统地减少该过程主要输出特性的变异.SPC几个重要概念几个重要概念.第一个第一个,也是最重要的是你能否确定过也是最重要的是你能否确定过程的输入和输出并把它们定量化程的输入和输出并把它们定量化,然后才开始控制该过程然后才开始控制该过程-不是先行控制不是先行控制.SPC是以预防代替检验是以预防代替检验,制业与其他行业一样制业与其他行业一样,预防发生错预防发生错误永远比事后矫正为好误永远比事后矫正为好,而且简单得多而且简单得多.什么是统计过程控制什么是统计过程控制(SPC)-续续2SPC就是利用统计方法去:什么是统计过程控制(SPC)-续2簡單來說，SPC是透過運用統計學上的技巧如控制圖分析過程或其輸出，從而作出適當的行動以達至及保持統計控制狀況及改善過程能力。SPC解釋為.運用統計方法於過程控制上S P CSPC簡介SPC-控制改善的工具控制改善的工具簡單來說，SPC是透過運用統計學上的技巧如控制圖分析過程或其參加參加SPC訓練的好處訓練的好處完成課程後，學員能：完成課程後，學員能：從整體的品質改善程序中，能解釋SPC的作用認識及懂得使用計量型極差及計數型圖表理解基本的SPC概念選擇合適的控制圖明暸失控情況解釋品質的目標及要求在過程中能應用SPC參加SPC訓練的好處完成課程後，學員能：统计学在生产中应用的目的统计学在生产中应用的目的1.x,s-了解产品总体性能2.Eliminate outlier due to assignable cause -取消人为特殊因素造成的极端值以稳定制程3.Hit target()-规格趋向目标值4.Reduce variance(s)-减小差异5.Spec Review for feasibility -審核規格，看看是否適用统计学在生产中应用的目的1.x,s 什么是解决问题策略的步骤什么是解决问题策略的步骤？用统计方法去解决问题是以我们从工作方面得到的知识为基础的用统计方法去解决问题是以我们从工作方面得到的知识为基础的.每一个问题都是随机变异每一个问题都是随机变异(因统计数字的随意波动而引起的变异因统计数字的随意波动而引起的变异)及非随机变异及非随机变异(因有特殊的成因而引起的变异因有特殊的成因而引起的变异)的结果的结果.这种变异可这种变异可以被确认和加以定量以被确认和加以定量,并可将可能的原因范围缩小并可将可能的原因范围缩小,以经验协助我以经验协助我们寻找解决方法们寻找解决方法.这种解决问题方法的目标是找出问题原因这种解决问题方法的目标是找出问题原因,以系以系统的方法减少可能的原因数目统的方法减少可能的原因数目,从而减少整个问题的类别和变异原从而减少整个问题的类别和变异原因因.我们每个人都要对整个解决问题策略有概括的认识我们每个人都要对整个解决问题策略有概括的认识,详细了解详细了解策略中你个人负责的那些部分策略中你个人负责的那些部分.现在就让我们逐一看看解决问题的现在就让我们逐一看看解决问题的八个步骤八个步骤.什么是解决问题策略的步骤？步骤一步骤一:第一步骤是确认第一步骤是确认(identify),搜集搜集(collect)和展示和展示(display)数数据据,使变异显示出来使变异显示出来.你的目的是描述你的过程你的目的是描述你的过程,这是统计学上的一个分支这是统计学上的一个分支,称为描述统计称为描述统计(descriptive).步骤二步骤二:下一步骤是筛选下一步骤是筛选(screening)数据数据.这个步骤是利用简单实验前统这个步骤是利用简单实验前统计工具计工具(statistical pre-experimental tools)去消除过程中所有无效用去消除过程中所有无效用的变化源的变化源.这是实验前阶段这是实验前阶段(pre-experimental stage),在此阶段可以利在此阶段可以利用一些工具如柏拉图用一些工具如柏拉图(pareto),因果分析图因果分析图(cause and effect),变量控变量控制图制图(Multi-vari charts),这样当实验直接涉及变异目标时你能更准确这样当实验直接涉及变异目标时你能更准确地把目标地把目标.假如你的过程中变量很多假如你的过程中变量很多,才有必要用较复杂的才有必要用较复杂的 统计方法统计方法,如部分如部分因子实验法去处理因子实验法去处理.什么是解决问题策略的步骤什么是解决问题策略的步骤？(续续)步骤一:什么是解决问题策略的步骤？(续)步骤三步骤三:现在可以进行实验现在可以进行实验,目标在于预测某种变动对现行过程的作用目标在于预测某种变动对现行过程的作用.这这样才能把握样才能把握地预测出输入变量地预测出输入变量”X”对输出对输出”Y”的影响的影响,或至少能使建议的过程或至少能使建议的过程(B)比现行过程比现行过程(C)产生更良好的结果产生更良好的结果.步骤四步骤四:继续做实验继续做实验.你的过程有两个或四个变量你的过程有两个或四个变量.你的策略是按因素设计你的策略是按因素设计用用t检验及检验及f检验去比较是否呈正态分布检验去比较是否呈正态分布.步骤五步骤五:继续做实验继续做实验.你的策略是有因素设计进行方差分析你的策略是有因素设计进行方差分析.当你有五个或当你有五个或五个以上变量时五个以上变量时,要利用部分因子实验法要利用部分因子实验法.中级统计制成控制学习课程讲义课件步骤六步骤六:你已绘上你已绘上X及及Y轴轴,进行过程控制进行过程控制.利用控制图表去维持过程的控制利用控制图表去维持过程的控制.步骤七步骤七:可以能过重新确定所在和重新实验发现新的解决方法来改进你的可以能过重新确定所在和重新实验发现新的解决方法来改进你的控制方式控制方式,这是一项不重复的过程这是一项不重复的过程.步骤八步骤八:99%的过程变异已受你的控制的过程变异已受你的控制,可以运用不同方法去控制最后的可以运用不同方法去控制最后的1%以完成任务以完成任务,这些方法包括这些方法包括:响应曲面法响应曲面法(Response Surface Methodology),正交旋转应曲面法正交旋转应曲面法(Othogonal Rotatable RSM),单纯形单纯形法法(Simplex),最速上升法最速上升法(SteepeAscent)以及回归方法以及回归方法(Regression).用以上方法我们可以对一些物理模式中的参数进行估用以上方法我们可以对一些物理模式中的参数进行估计计.步骤六:Problem solving step by step approach:Problem solving step by step aContinuous Improvement RoadmapProcess Characterization FlowchartPrioritize Opportunities for improvementSelect teamProcess MappingDefine the critical characteristicPerform Gauge R&RCapable?ImprovementmeasurementPerform a process capability studyStable&capableControlOptimizationImplement total process controlInstitutionalizationWhat?Why?To work on critical business issuesTo select a cross function teamTo map the process(as is&should beTo identify&define major product,process and machine parametersTo quantify the measurement errorTo assess process stability&estimate process mean&variationTo compare process performanceto customer requirementsTo identify cause&effect relationshipsTo implement preventive procedures&steps to assure a stable&high performance processTo implement best practices&standardsTo leverage resourcesTo expand knowledge&creativityTo get a visual picture of the processTo use 80/20 principle(80%of the performance will becontrolled by 20%of the parameters)To verify the measurement variation is less than 10%of the process variation or spec.To verify the process is stableTo estimate the process mean/variationTo compare the process performance to spec.To find important input variablesTo assure proactive&preventive thinking is implementedTo assure est process monitoringTo lay out C/A procedure up frontTo implement what was learned across BUEd Bedells CIRContinuous Improvement Roadmap统计知识的层次统计知识的层次(针对一制程针对一制程)仅有经验 -没有数據数據采集 -看看数據整合数據 -图,表描述统计 -平均值,方差特征统计 -Cp/Cpk,曲/直线拟合控制统计 -SPC控制图预示统计 -变量分析,实验设计 线性或多元回归统计知识的层次仅有经验 -没有数據SPC-ICollect&display dataSPC-IIAnalyze data&take actionSPC-III Make a decisionSPC-VEvaluationSPC 四个阶段四个阶段收集及展示数據分析数據,采取对策作出决定评估SPC-ICollect&display dataSPCFundamentalAdvancedDOEOther ToolsConcept trainingSPC-ISPC-IISPC-IIIBasic termControl chartProbabilityTPM6 SigmaCentral tendencyX bar-RBinomial and Poisson probabilityFMEAMPCpSDispersionX bar-SigmaCentral limit theorem8DTCMHistogramMedian-RRegression and correlationBenchmarkingCOQStem&leaf plotX and Moving rangeComparative ExperimentDFMNormal distributionpHypothesis&confidence intervalQFDZ scorenpT-testComponent searchOutlier box plotcF-testD-optional DOEQuantile box plotuchi-squareSampling planNormal Quantile plotPre-control chartANOVATaguchi DOENormality testMSAIntroduction to DOEChart/graph/formCapability study(Full factorial DOE)Bar ChartMuti variable analysisScreening DOERadar chartRSM DOETrend/Run chartParetoScatter diagramGantt chartCheck sheetCheck listCross reference matrixCause&effect diagramTree diagramOthers toolsBrainstormingMind mappingSWOTProcess mapping不断进步SPC 内容介绍内容介绍Introduction to control chartFundamentalAdvancedDOEOther To解决问题阶段解决问题阶段 课课 程程 SPC等等级级(应用次序应用次序)(学习次序学习次序)把变异显现把变异显现 数据确认数据确认 CORE I 数据收集数据收集 数据展示数据展示筛选筛选:消除消除80-90%柏拉图柏拉图无贡献变异原因无贡献变异原因 因果分析图因果分析图 变量控制图变量控制图过程分析过程分析/控制控制:维持或改良维持或改良 统计基础统计基础 COREII过程控制过程控制 直方图直方图 测量系统分析测量系统分析什么是解决问题策略的步骤什么是解决问题策略的步骤？(续续)解决问题阶段 变量控制图变量控制图制程能力研究制程能力研究计数值控制表计数值控制表预先控制预先控制 统计统计II CORE III比较实验比较实验变量分析变量分析因子实验因子实验部分因子实验部分因子实验器件查询实验器件查询实验解决问题阶段解决问题阶段 课课 程程 SPC等级等级(应用次序应用次序)(学习次序学习次序)什么是解决问题策略的步骤什么是解决问题策略的步骤？(续续)变量控制图解决问题阶段 组织改进过程小组组织改进过程小组,小组成员定期计论以确定小组成员定期计论以确定问题的优先次序问题的优先次序,确定主要过程确定主要过程,编制过程控制编制过程控制流程表流程表(列出输入输出与控制问题关系列出输入输出与控制问题关系)确定完确定完整的量度系统的制程能力整的量度系统的制程能力,小组应遵循上述或小组应遵循上述或类似上述的解决问题策略类似上述的解决问题策略,除上述步骤外还需除上述步骤外还需要有效沟通才能采取矫正措施要有效沟通才能采取矫正措施.什么是解决问题策略的步骤什么是解决问题策略的步骤？(续续)团队团队工作工作精神精神力量力量 组织改进过程小组,小组成员定期计论以确定问题的优先次序,确基本基本SPC的統計工具的統計工具(7工具工具)1.檢查表：是邏輯性的技巧，以收集過程全面及準確的資料。.2.流程圖：顯示過程內所涉及的活動或間題解決方法的圖表。3.柏拉圖：柏拉圖是一種條形圖，透過由左至右順序排列有助找出問題、成因、情況、位置及錢的重要性或影響性。4.因果分析圖：以圖表作為工具，以人、機器、物料、方法、測量及 環境列出潛在問題的成因。基本統計及統計概念基本SPC的統計工具(7工具)1.檢查表：是邏輯性的技基本基本SPC的統計工具的統計工具(7工具工具)5.直方圖：直方圖以圖表形式表達對某數值或量度範圍中出現的測量次數。6.分散圖：明白特性的相互關係，以增強對過程控制及解決困難的能力。7.控制圖+OCAP：控制圖是以表達與時間有關或與批量表現有關的過程，並找出過程是否在統計控制範圍內操作。在眾多的控制圖類別中，以下列為最常用的：Shewharts Control Charts(变量控制图)Attributes Control Charts (计数量控制图)Pre-Control Chart (预控制图)基本統計及統計概念基本SPC的統計工具(7工具)5.直方圖：直方圖以趋势图检查表趋势图检查表0%10%20%30%40%50%Broken atConnerBroken atmiddleHandlingBroken排列图排列图-层层分列层层分列标准图0%10%20%30%40%50%Broken atConn Normal QuantileQuantilesmaximum100.0%27.314 99.5%26.197 97.5%18.223 90.0%12.969quartile75.0%9.175median50.0%5.062quartile25.0%0.921 10.0%-3.169 2.5%-10.016 0.5%-26.302minimum0.0%-26.MomentsMean4.9105Std Dev7.0409Std Error Mean0.4333Upper 95%Mean5.7637Lower 95%Mean4.0572N264.0000Sum Weights264.0000Sum1296.3611Variance49.5745Skewness-0.5658Kurtosis2.6744CV143.3862548Capability AnalysisSpecificationValue Percent ActualNormalLower Spec Limit-30%Below LSL 0.0000.000Upper Spec Limit30%Above USL 0.0000.018Spec Target 0Sigma7.040919CapabilityIndexCPL1.653CPU1.188CPK1.188CP1.420CPM1.165直方图QUANTILE/OUTLIER-30-20-100102030.01.05.10.25.50.75.90.95.99-3-2-10123 Normal Quantile1.正态正态单对数坐标曲线单对数坐标曲线若若所有點均在所有點均在图纸图纸上上上幾乎上幾乎繪成一條直線，數據的分繪成一條直線，數據的分佈是屬於正態的。佈是屬於正態的。Normal QuantileQuantilesMomenMachineManpowerDrop to the groundTransportation ShockMaterialChipped BlankWrong HandlingHardness of Base Tabs Poor Slot roughness of baseLead Cutter ShockUltrasonic Levelof Blank WasherHandling brokenLarge Welding PressureStamping ShockMethodUnsafe PackageCement VolumeMount RotationLow viscosity of AdhesiveDead/Broken 鱼骨图鱼骨图Dead/BrokenProduct mixPattern alignmentinsufficient epoxy amountAdhesivecontaminationBubble in epoxySlut knife of lead cutter/formerB/P plate deadLarge spot sizefor some modelUM5 shieldwith poor edgeNot optimized BP maskdesign for MS modelMachineManpowerDrop to the groStation1Step1Sation3Step1Station4Step2Step3Final MeasuremetFinal ResponseStep2Step3Step4Step5Model1Model2Model31#2#3#etc.1#2#3#etc.1#2#3#etc.Machine1#2#3#etc.MaterialLot1Lot2Lot3etc.输入输入/输出变量分析输出变量分析MethodABCStation2(鱼骨图+流程图)Station1Step1Sation3Step1StatiCombine Cross Reference Table&5 Whys:Combine Cross Reference Table 數據種類數據種類計量型數據-數據是可量度的*獨立(1,2,3,4,5,6,.馬達，電阻，.)*連續的(8.61,8.88,8.0 volts,amp,.)計數型數據-性質數據並不能以量化去演譯，即他們只可以類別分類。Go/No GoPass/FailYes/NoEffective/No Effective基本統計及統計概念數據種類計量型數據 基本統計及統計概念Descriptive Statistics描述统计描述统计概率分布未知母体抽样样本样本统计值推定,鉴定母体x s(Stdev)以小(样本)看大(母体)NnDescriptive Statistics概率分布未知抽样数数據據分布分布数據分布統計的基本術語統計的基本術語總體-一組數據包含某現象所有構想的觀察(或假設可能發生的)。簡單而言，這是一組我們有興趣知道的數據。樣本-一組只包含部份總體的數據。簡單而言，這是總體中選出的數據。基本統計及統計概念統計的基本術語總體基本統計及統計概念正态分布的函数表达正态分布的函数表达正态分布的函数表达基本統計概念基本統計概念參數參數 -以數字來描述所測量的總體(根據總體值的true value)統計統計 -從樣本數據中運算出來的數字 (數值是根據樣本數據)-若數據是從另一個樣本出來，數值會隨之而改變樣本容量平均數變異數樣本總體基本統計概念參數 -以數字來描述所測量的總體 樣本容描述描述统计统计目的1.決定數據的趋中程度2.以數理表達分散的程度3.決定樣本頻率分佈的形狀基本統計及統計概念中心中心趋向趋向分佈形狀分佈形狀 分散分散描述统计目的基本統計及統計概念中心趋向分佈形狀 分散趋中趋中的量度的量度平均 -所有值總和除以樣本容量中位數 -順序(由小至大或由大至小)數列中心項的數值眾數 -在樣本中出現次數最多的值基本統計及統計概念平均數=中位數 =12334444 555555 6668889眾數 =趋中的量度平均 -所有值總和除以樣本容量基本統分散的量度分散的量度標準差(SD)-過程輸出的分佈寬度，距離或每平均值的偏差基本統計及統計概念S(Xi-m )2 S(Xi-X)2 N n-1s=分散的量度標準差(SD)基本統計及統計概念S(Xi-m分散的量度分散的量度極差-一個子組、樣本或總體中最大值與最小值之差基本統計及統計概念R=(最高值最高值)-(最低值最低值)分散的量度極差 基本統計及統計概念R=(最高值)-(機會分配形狀機會分配形狀基本統計及統計概念偏斜 0向右偏斜偏斜 3峰態 0偏斜 0峰態 分布分布的描述的描述偏斜偏斜-集中於某邊分佈的尾部峰態峰態-量度分佈的峰或闊度基本統計及統計概念S (Xj-x bar)3 s 3偏斜偏斜 =(1/n)S (Xj-x bar)4 s 4 (1/n)峰態峰態 =(-0.5 to+0.5)(2.5 to 3.5)分布的描述偏斜 基本統計及統計概念S (Xj-x ba正態分佈正態分佈Z值值為為何何使使用用正正態態分分佈佈？透透過過運運用用平平均均數數及及標標準準差差，正正態態分分佈佈有有助助簡便計算簡便計算/評定次品比率。評定次品比率。在正態曲線圖下，Z value及其面積基本統計及統計概念必須知道：平均值 (x bar)標準差(S)USL,LSLZ=USL-x bar,x bar-LSL S%Def=Z u+Z LXSLSLUSL正態分佈Z值為何使用正態分佈？透過運用平均數及標準差，正態Normal Distribution TableNormal Distribution TableNormal Distribution Table正态曲线下的面积Z=(X-)/0.000001%0.0003%0.003%0.132%-3-4-5-6XS正态曲线下的面积Z=(X-)/0.000001%0.00Sigma是一個量度的統計單位，它能反映過程能力。是一個量度的統計單位，它能反映過程能力。Sigma的的量度制與每單位次品、量度制與每單位次品、PPM次品及錯誤的機會率有相互關係。次品及錯誤的機會率有相互關係。PPM過程能力過程能力每百萬每百萬Opp.的的次品次品6Sigma-進取目標進取目標Sigma是一個量度的統計單位，它能反映過程能力。Sigma正態分佈及正態分佈及正态测试正态测试正態分佈是一種用於計量型數據的、連續的、對稱的鐘形頻率分佈基本統計及統計概念正態分佈及正态测试正態分佈是一種用於計量型數據的、連續的、對统计统计语语過程是人、設備、方法、材料及環境的組合，它能有助產品或服務的發展過程能力-一個穩定過程的固有變差的總範圍。(可參閱估計sigma的控制圖)過程性能-一個過程總變差的總範圍(6s)統計控制-描述一個過程的狀態，這個過程中所有的特殊原因變差都已排除，並且只賸餘普通原因普通原因-造成變差的一個原因，它影響被研究過程輸出的所有單值特殊原因-一種間斷性的、不可預計的、不穩定的變差根源。存在超過控制限的點或其他非隨機性的圖形變差-過程的單個輸出之間不可避免的差別统计语過程是人、設備、方法、材料及環境的組合，它能有助產品中级统计制成控制学习课程讲义课件4種種/主要的過程主要的過程這過程顯示結果高穩定及再現性，透過多個運作的循環。一常見的例子如印刷或 注塑,压 铁片.這種過程需花很多努力於建立機器控制模具通過，準備控制及試行。模具通過 樣本通過 SPC(如準備控制，過程特徵)試运行机器启动-主导的制程過程和變差4種/主要的過程這過程顯示結果高穩定及再現性，透過多個隨著時間而逐步改變過程，如：易耗品消耗，燃燒及工具磨損。主要針對改變影響作出的週期性評估及提供方的調節。SPC IPC過程及變差时间-主导的制程隨著時間而逐步改變過程，如：易耗品消耗，燃燒及工具磨損。主要的变异是輪入物料及零件的品質。從短線角度而言，過需要依賴來料檢查。長線而言，必須與供應商共同計劃。以下為可行的方法：l 样品评估审批l 供应商选择l 来料检验l SPC過程和變差配件-主导的制程主要的变异是輪入物料及零件的品質。從短線角度而言