质量管理体系五种核心工具教材(四).doc

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质量管理体系五种核心工具

培训教材（四）

SPC

统计过程控制

StatisticalProcessControl

上海伟众汽车科技有限公司

目录

一、持续改进及统计过程控制概述---------------3

二、控制图的分类-------------------------11

三、计量型数据控制图------------------------12

统计过程控制（SPC）

SPC，即统计过程控制，是一套从生产过程中，定期抽取样本，测量各样本的质量特性值，然后将测得的数据加以统计分析，判断过程是否处于稳定受控状态，从中发现过程异常原因（特殊原因），从而及时采取有效对策，使过程恢复到正常稳定受控状态。

本教材所述的基本统计方法包括与统计过程控制及过程能力分析有关的方法。

主要介绍了用来分析及监控过程非常有效的工具——控制图。

一、持续改进及统计过程控制概述

㈠预防与检测

㈡过程控制系统

㈢变差的普通原因及特殊原因

㈣局部措施和对系统采取措施

㈤过程控制和过程能力

㈥过程改进循环及过程控制

㈦控制图——过程控制的工具

㈧控制图的益处

1．预防与检测

检测——容忍浪费

l在生产部门，通过检查最终产品并剔除不合格产品。

不合格的总是不合格。

l在管理部门，经常靠检查或重新检查工作来找出错误

l这实质上是“死后验尸”，造成时间和材料等的浪费

预防——避免浪费

l通过对生产过程的监视和控制，第一步就可以避免生产无用的输出，是避免浪费的有效方法。

l当今，汽车制造商、供方及销售商采用有效的预防措施，持续不断改进，提供内、外部顾客满意的产品和服务作为主要目标。

2．过程控制系统

什么是过程？

过程指的是共同作用以产生输出的供方、生产者、人、设备、输入材料、方法和环境以及使用输出的顾客之集合。

有反馈的过程控制系统模型

过程的声音

顾客

统计方法

人▲

我们工作的方式/资源的融合

机▲

料▲产品或服务

识别不断变化的需求和期望

法▲

环▲

▲▲▲

输入过程/系统输出

顾客的声音

什么是过程控制？

过程控制是为了确保满足内、外部顾客的要求而对过程执行的一套程序和经策划的措施。

这些程序和措施包括：

▲经过策划的用以收集有关输入和输出信息的检验和监控。

——有关性能的信息：

通过分析过程输出可以获得许多与过程实际性能有关的信息。

最有用的信息是以研究过程本身以及其内在的变化性中得到的。

——过程特性（如温度、循环时间、进给速率、缺勤、周转时间、延迟以及中止的次数等）是我们关心的重点。

——确定特性的目标值，监测与目标值距离，判断过程是否正常。

▲基于所收集的信息而对过程采取措施。

——对过程采取措施，使重要特性（过程或输出）接近目标值，保持过程输出变差在可接受的界限内。

——采取措施包括：

改变操作（操作者培训、变换输入材料）或改变过程本身更基本的因素（如：

修复设备、人的交流和关系如何，或整个过程的设计——改变车间的温度和湿度等）或更改产品规范等。

——应监测措施效果。

——对输出采取措施：

即对输出的不符合规范的产品进行检测、分类（合格、报废、返工）。

如果不分析过程中的根本原因，不对过程采取校正措施或验证，这是时间和材料的极大浪费。

一个过程控制系统可以称为一个反馈系统。

统计过程控制（SPC）就是一类反馈系统。

在这个系统中，通过我们使用统计方法，收集有关过程性能的信息，让我们了解到过程正在做什么，离目标值是近还是远，要对过程采取什么样的措施。

同时，通过与内、外部顾客的沟通，识别顾客不断变化的需求和期望的信息，进而对过程采取措施，以满足顾客的要求。

3．变差的普通原因及和特殊原因

变差的概念：

l没有两件产品或特性是完全相同的，也许差距很大，也许小得无法测量，但差距总是存在。

l任何过程都存在许多引起变差的原因。

如：

机加工一根轴的直径，影响直径变差的原因有：

◆机床（间隙、轴承磨损）

◆刀具（强度、磨损率）

◆材料（直径、硬度）

◆操作者（进给速率、对中准确度）

◆维修（润滑、易损零件的更换）

◆环境（温度、湿度、动力供应是否恒定）

l造成变差的原因有短期的影响和长期的影响。

△造成短期影响的因素，例如：

机器及其固定装置间的游隙和间隙

△造成长期影响的因素，例如：

机器和刀具的逐渐正常磨损、规程发生有关规则的变化、车间动力或环境温度不规则变化。

因此，测量周期以及测量时的条件将会影响存在的变差总量。

l简单化的处理变差：

位于规定的公差范围内的零件是合格的，可接受的。

位于规定的公差范围外的零件是不合格的，是不可接受的。

一组测量值的分布特性：

有名的茄尔顿（galton）板钉实验

分布宽度

形状分布中心

球落入数量的分布曲线

一组测量值趋于形成一个分布图形，尽管单个测量值各不相同。

分布特性：

·位置（测量值分布中心）

·分布宽度（从最小值到最大值的距离）

·形状（变差的模式——是否对称偏斜率等）

每件产品的尺寸都与别的不同

范围范围范围

当它们形成一个模型

若稳定，可以描述

为一个分布

范围范围范围

位置分布宽度形状

分布可以通过

以下因素来区分

范围范围范围

变差的普通原因

l普通原因指的是造成随着时间的推移具有稳定的且可重复的分布过程中的许多变差的原因；

l过程处于统计受控状态；

l一个稳定系统的偶然原因（即随机原因）；

l过程的输出是可以预测的；

l分布位置、分布宽度、分布形状不变化；

l只有普通原因作用时，过程受控，可计算能力或性能指数。

变差的特殊原因

l特殊原因（通常也可查明原因）指的是造成不是始终作用于过程的变差原因；

l造成（整个过程）分布改变，过程不受控；

l随着时间发展，过程的输出不稳定，不可预测；

l是一个系统的非随机原因；

l有特殊原因作用时，过程不稳定，不受控、不可计算过程能力或性能指数（计算毫无意义）。

4．局部措施和对系统采取措施

局部措施

l简单的统计过程控制技术能检查变差的特殊原因；

l局部措施通常用来消除变差的特殊原因，如：

调整机器；

l发现变差的特殊原因并采取适当的措施，通常是与该过程的操作直接有关人员的责任；

l局部措施可纠正约15%的过程变差；

l局部措施生效后，可恢复过程稳定受控，这时可计算过程能力或性能指数。

对系统采取措

l简单的统计过程控制技术能指明变差普通原因的范围；

l采取系统措施来消除变差的普通原因；

l一般由管理人员对系统采取措施，如：

选择提供一致输入材料的供方；

l对系统采取措施，可纠正约85%的过程变差；

l对系统采取措施，消除普通原因，可提高过程能力。

过程能力

规范下限

规范上限

受控且有能力符合规范

（普通原因造成的变差已减少）

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）

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）

5．过程控制和过程能力

l过程控制系统的目标是对影响过程的措施作出经济合理的决定。

——平衡不需控制时采取了措施（过度控制/频繁调整机床或擅自改变）

——不平衡需要控制时未采取措施（控制不足）

l统计受控状态，只存在造成过程变差的普通原因，一组测量值的分布位置、分布宽度、形状随时间推移不改变。

l过程控制系统的作用。

当出现变差的特殊原因时，提供统计信号；

当不存在特殊原因时避免提供错误信息。

过程能力

·过程能力由造成变差的普通原因来确定，代表过程本身的最佳性能（例如：

分布宽度最小），而并不表示过程分布的位置和/或宽度是否符合规范的要求；

·内、外部顾客更关心过程的输出是否符合规范要求，并不关心过程变差如何；

·只要过程保持统计受控状态，且其分布的位置、分布宽度、形状不变化，就可以继续生产相同分布的符合规范的产品；

·如果过程分布宽度是不可接受的，就应对系统采取措施，改进过程能力，减小分布宽度，使输出始终符合规范。

根据过程能力和过程是否受控，过程可分为四类：

满足要求状况

控制状态

受控

不受控

可接受

I类：

过程受统计控制

过程能力满足要求

I类过程最好

III类：

存在特殊原因过程不受控，过程能力能满足要求

不可接受

II类：

过程受统计控制、

由普通原因造成过大变差、

过程能力不满足要求

IV类：

过程不受控

过程分布宽度不可接受

IV类过程最差

过程能力指数

CpCpkPpPpkCmCmk

·过程被证明处于统计控制状态后，方可计算过程能力（有特殊原因作用时，使过程能力预测失效）。

·能力指数是产品规范与统计分布宽度之比计算得到的

·Pp、Ppk是短期的能力指数，也称性能指数。

常用于初始过程能力研究，是以从一个操作循环中获取的测量为基础的。

这种研究常用于验证由顾客提出的过程中生产出来的首批产品

·Cm、Cmk是机器能力指数。

是用来验证一个新的或经过修改的过程的实际性能是否符合工程参数。

·Cp、Cpk是长期的能力指数。

是通过很长一段时间内进行的测量，应在足够长的时间内收集数据（可以包括短期研究时没有观察到的变差原因），将数据画在控制图上，如未发现变差特殊原因，便可计算长期的能力指数。

6．过程改进循环及过程控制

持续改进过程循环的三个阶段

第一阶段：

第二阶段：

分析过程计划实施维护过程

措施研究

第三阶段：

改进过程

措施研究

三个阶段应考虑的问题

1）．分析过程：

·本过程应该做什么？

——本过程会有哪些变化？

——已知道本过程什么变差？

——哪些参数受变差影响大？

·本过程正在做什么？

——是否在生产废品或需返工？

——过程是否统计受控？

——过程能力是否满足要求？

——过程是否可靠稳定？

2）．维护过程

·过程是动态变化的；

·必须监控过程性能；

·通过控制图，查找影响变差的特殊原因；

·采取措施，使过程稳定受控。

3）．改进过程：

·减小变差，改进过程；

·对系统采取措施，减小普通原因对变差的影响。

为了不断改进过程，必须重复以上三个阶段。

当新的过程参数确定后，这种循环又回转到分析过程。

通过操作受统计控制的过程来减少变差，并且不断地分析过程的变化。

过程便不断地围绕过程改进循环运转。

7．控制图是过程控制的工具

制作和使用控制图的基本步骤：

1）收集：

◇按计划收集数据；

◇将被研究的特性（过程或产品）的数据收集后转换成可以画到控制图上的形式（如：

平均值X、极差R、不合格品率P、不合格品数np等）。

2）控制：

◇利用数据计算试验控制限；

◇将数据与控制限相比较，识别变差特殊原因；

◇采取措施（一般是局部措施），使过程受控；

◇进一步收集数据，必要时重新计算控制限；

◇继续识别特殊原因并采取措施。

3）分析及改进：

◇特殊原因消除后，过程统计受控，此时可计算过程能力；

◇因普通原因造成变差过大，过程输出（产品）不能满足规范要求，必须采取管理措施来改进系统

重复以上三个阶段，不断地改进过程。

8．控制图的益处

合理使用控制图能够：

·供正在过程控制的操作者使用；

·有助于过程在质量上和成本上能持续地、可预测地保持下去；

·使过程达到：

——更高的质量

——更低的单位成本

——更高的有效能力

·为讨论过程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时决策的指南。

二、控制图的种类

控制图分类：

可分为计量型数据控制图和计数型数据控制图二类

计量型数据控制图：

·大多数过程和其输出具有可测量的特性，如：

长度、重量、时间、强度、硬度、成分、纯度等。

·用计量型数据可以分析一个过程的性能，可以量化所作的改进，即使每个单值都在规范界限之内。

·计量型控制图可以通过分布宽度（零件间的变异性）和其位置（过程的平均值）来解释数据。

计数型数据控制图：

·其特性数据是不能连续取值的计数数据，如：

不合格品数、不合格品率、缺陷数、疵点、级别等。

·由于质量特性是通过一个个计算单位来表示，因此属离散型数据。

·收集数据快，花费小，且使用简单量具（如：

量规、目视），通常不需要专业化的收集技术。

控制图的种类：

特性数据种类

控制图名称

控制图符号

计量型数据

均值和极差图

X—R图

均值和标准差图

X—S图

中位数和极差图

X—R图

单值和移动极差图

X—RS图

计数值数据

不合格品率图

P图

不合格品数图

nP图

不合格数（缺陷数）图

C图

单位产品不合格数图 （单位缺陷数图）

U图

控制图的选用程序

确定要制定控制图的特性

关心的是不合格品数,即单位零件不合格数吗?

关心的是不合格率，即[坏]零件的百分比吗？

否否

是计量型数据吗？

使用U图

是是

样本容量是否恒定?

使用P图

样本容量是否恒定？

使用nP图或P图

是否否

是

是

使用C或U图

使用X-R图

子组均值是否能方便计算？

性质是否是均匀或不能按子组取样，例如：

化学槽液、批量油漆等

否否

是

使用X-R图

子组容量是否大于或等于9？

否

是

使用X-Rs图

不是

使用X-R图

是否

是否能方便计算子组的S值

是注：

本图假设测量系统已经过评价

使用X-S图

并且是适用的

三、计量型数据控制图

1．均值和极差图（X-R图）

在使用X-R图前，必须做的准备：

l建立适合于实施的环境：

没有一个可靠环境，任何统计方法都会失效。

管理者必须提供资源（人力和物力）支持改进措施。

l定义过程：

应根据有反馈的过程控制系统来理解过程。

l确定作图的（待管理）特性：

n顾客的需求（顾客呼声，过程何处需改进）；

n当前的潜在问题区域（考虑存在的浪费或低效能的证据，如：

废品、返工、过多加班、与目标值不符、以及风险区域）；

n特性间关系，如：

该特性难测量（如：

体积），可选一个相关的易测量的特性（如：

重量），一个项目的几个单独特性，如有相同变化趋势，可能用一个特性来画图就足够了。

l定义测量系统：

测量设备本身的准确性和精密性，必须是可预测的。

l使不必要的变差最小化：

在开始研究应消除不必要的变差外部原因，避免过度调整或过度控制，过程记录表上记录所有相关事件，如：

刀具更换，新的原材料批次，

如何使用均值和极差图（X-R图）：

l收集数据

l计算控制限

l过程控制解释

l过程能力解释

A收集数据

A.1选择子组大小、频率和数据

a.子组大小：

确定“合理子组”，子组变差代表短时间内零件间的变差。

在过程初期研究时，子组一般选4-5件，且仅代表单一刀具、冲头、模槽（型腔）等生产出的零件（即一个单一的过程流）。

对于所有的子组样本容量应保持不变。

b.子组频率：

在初始过程研究时，通常是连续进行分组或子组间间隔时间很短。

当证明过程稳定受控后，可增加子组间的时间间隔（如每班两次或每小时一次等）。

c.子组数的大小：

一般情况下，零件总数不少于100件，子组不少于25组。

A.2建立控制图及记录原始数据

X-R图通常由X图和R图组成，上方为X图，下方为R图，最下方有一个数据栏。

X和R值为纵坐标，按时间顺序的子组为横坐标。

A.3计算每个子组的均值（X）和极差（R）

X=X1+X2+…+Xn式中X1、X2…为子组内每个测量值

nn为子组的样本容量

R=XMAX-XMIN

A.4选择控制图刻度

对于X图，纵坐标上的刻度值的最大值与最小值之差至少为子组均（X）的最大值与最小值差的2倍。

对于R图，纵坐标刻度应从最低值0开始到最大值之间的差值，为初始阶段所遇到的最大极差（R）的2倍。

A.5将均值和极差画到控制图上。

注意：

初始研究时，生产现场控制图尚未计算控制限（因无足够的数据），此时在初期操作的控制图上应清楚地标明“初始研究”字样。

B.计算控制限

B.1计算过程均值（X）和平均极差（R）

X=X1+X2+…+Xk式中：

K为子组的数量

kX1和R1为第一个子组的均值和极差，以此类推。

R=R1+R2+…+Rk

k

B.2计算控制限

极差的上控制限UCLR=D4×R

极差的下控制限LCLR=D3×R

均值的上控制限UCLX=X+A2×R

均值的下控制限LCLX=X-A2×R

式中：

D4、D3、A2为常数，随样本容量的大小而变化，可查表得到。

当n＜7时，极差无下控制限。

B.3在控制图上画出均值和极差的上、下控制限的控制线（虚线）。

C、过程控制解释

C.1分析极差图上的数据点

·一个或多个点超出UCLR线时:

—控制限计算错误或描点描错；

—零件间变化性或分布宽度已增大（即变坏），立即识别特殊原因；

—测量系统变化（如:

不同的检验员或量具）；

—测量系统没有适当的分辩力。

·有一点位于LCLR线以下时（当n≥7时）：

—控制限计算错误或描点错误；

—分布宽度变小（即变好）；

—测量系统已改变（包括数据编辑或伪造）。

·连续7点位于平均值的上侧或连续7点上升，说明离散度在增大（即变坏）

—输出值的分布宽度增加，其原因可能是无规律的（如：

设备工作不正常或固定松动）或是由于过程中的某个要素变化（如：

使用新的不是很一致的原材料），需要纠正。

—测量系统改变（如：

新的检验员或量具）

·出现低于平均极差的链或下降链时：

—输出值分布宽度在减少（即变好）要保持下去；

—测量系统改变，不能反映过程真实性能的变化。

·明显的非随机图形

验证子组内数据点总体分布的准则：

一般，大约2/3的点应落在控制限的中间1/3的区域内，

大约1/3的点落在其外的2/3区域内

C.2识别并标注特殊原因（极差图）

对于极差数据内每个特殊原因应在控制图上进行标注、分析，采取措施解决。

C.3重新计算控制限（极差图）

在进行初次过程研究或重新评定过程能