SPC统计过程控制培训课件.ppt
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1、S Statistical tatistical P Process rocess C Controlontrol(统计过程控制)(统计过程控制)李李 明明SPC统计过程控制培训课件pptSPC统计过程控制培训课件ppt1统计过程控制(统计过程控制(SPCSPC)1、SPC的发展史与基本统计概念的发展史与基本统计概念2、SPC的基本原理的基本原理3、控制图、控制图4、过程能力和过程能力指数、过程能力和过程能力指数1.1 1.1 什么是什么是SPCSPC 什么是什么是SPCSPC 统计过程控制即统计过程控制即SPC(statistical process SPC(statistical proc
2、ess control)control)它是利用统计方法对过程中的各个它是利用统计方法对过程中的各个阶段进行监控,从而达到改进与保证质量的目阶段进行监控,从而达到改进与保证质量的目的的SPCSPC强调全过程的预防为主。强调全过程的预防为主。SPCSPC不仅用于生产过程,而且可用于服务过程不仅用于生产过程,而且可用于服务过程和一切管理过程和一切管理过程备注:备注:SPCSPC是全系统的,全过程的,要求全员参加,人人有责。这点与全面质量是全系统的,全过程的,要求全员参加,人人有责。这点与全面质量管理的精神完全一致。管理的精神完全一致。统计方法统计方法 过过 程程 产产 品品 客户客户顾客的声音顾客
3、的声音过程的声音过程的声音机机料料法法环环测测人人1.2 1.2 过程过程机床(主轴承间隙、刀具机床(主轴承间隙、刀具)操作工(进给率、对中准确度操作工(进给率、对中准确度)原材料(棒料尺寸、硬度原材料(棒料尺寸、硬度)轴外圆轴外圆 顾客顾客操作规程操作规程 尺寸尺寸环境(供电电压、温度、湿度、振动环境(供电电压、温度、湿度、振动)表面粗糙度表面粗糙度资资 源源 融融 合合过程示例过程示例用普通机床生产一种轴的外圆用普通机床生产一种轴的外圆1.2.1 1.2.1 过程特性过程特性 特性:定量、定性 可区分的特征按重要程度分:关键、一般按状态分:产品、过程如何定义关键质量特性呢?1.3 1.3
4、基本统计概念基本统计概念统计学(Statistics)为了了解被检验总体的某些隐含的特性,运用合理的抽样方法从被调整总体中取得适当的样本,通过研究样本来发现总体的特征 收集、整理、展示、分析解释统计资料 由样本(sample)推论母体群体(population)能在不确定情况下作决策 是一门科学方法、决策工具x 抽样 推论基本的统计概念基本的统计概念 数据的种类 波动(变差)波动的概念、原理及波动的种类 普通原因/异常原因 基础的统计量平均值X、中位数X、极差R 标准偏差 s、计量型计数型1 1.3.1.3.1 数据的种类数据的种类 计量型 特点:可以连续取值 也称连续型数据。如:零件的尺寸、
5、强度、重量、时间、温度等 计数型 特点:不可以连续取值,也称离散型数据。如:废品的件数、缺陷数 波动的概念是指在现实生活中没有两件东西是完全一样的。生产实践证明,无论用多么精密的设备和工具,多么高超的操作技术,甚至由同一操作工,在同一设备上,用相同的工具,生产相同材料的同种产品,其加工后的质量特性(如:重量、尺重量、尺寸等寸等)总是有差异,这种差异称为波动波动。公差制度实际上就是对这个事实的客观承认。消除波动不是SPC的目的,但通过SPC可以对波动进行预测和控制。1.3.1.3.2 2 波动(变差)的概念:波动(变差)的概念:(1 1)、波、波动动的原因:的原因:波动原因人机器材料方法测量环境
6、(2 2)、普通原因、特殊原因、普通原因、特殊原因 普通原因普通原因:指的是造成随着时间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,我们称之为:“处于统计控制状态”、“受统计控制”,或有时间称“受控”,普通原因表现为一个稳定系統的偶然原因。只有变差的普通原因存在且不改变时,过程的输出才可以预测。如设备的正常震动,刀具的磨损,同一批材料的品质差异,熟练工人间的替换;特殊原因特殊原因:指的是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。除非所有的特殊原因都被查找出来并且采取了措施,否則它们将继续用不可预测的方式来影响过程的输出。如果系统內存在变差的特殊原因
7、,随时间的推移,过程的输出将不稳定。如设备故障,原材料不合格,没有资格的操作工、未按照作业指导书操作、工艺参数设定不对 普通原因和特殊原因的区别普通原因和特殊原因的区别存在性方向影响大小 消除的难易度普通原因 始终偏向小难特殊原因 有时或大或小 大易(3 3)、波动的种类)、波动的种类:正常波动正常波动:是由普通(偶然)原因造成的。如操作方法的微小变动,机床的微小振动,刀具的正常磨损,夹具的微小松动,材质上的微量差异等。正常波动引起工序质量微小变化,难以查明或难以消除。它不能被操作工人控制,只能由技术、管理人员控制在公差范围内。异常波动异常波动:是由特殊(异常)原因造成的。如原材料不合格,设备
8、出现故障,工夹具不良,操作者不熟练等。异常波动引起工序质量变化较大,容易发现,应该由操作人员发现并纠正。1.3.31.3.3、基本统计量说明、基本统计量说明 1、平均值 X 设X1,X2,.Xn是一个大小为n的样本,则X=(X1+X2+Xn)/n 2、中位数X 将数据按数值大小顺序排列后,位于中间位置的书,称为中位数。如:5,9,10,4,7,X=7;如:5,9,10,4,7,8 X=(7+8)/2=7.5 3、极差R 样本数据中的最大值Xmax与最小值Xmin的差值。R=Xmax-Xmin 4、标准偏差s、(1)总体标准偏差(2)样本的标准偏差 1)i()i(n1i21i2nXXNXXsN总
9、结:总结:通过收集、计算、分析和改进数通过收集、计算、分析和改进数据的手段,从而了解制造、服务等过据的手段,从而了解制造、服务等过程其最佳范围(低成本、低风险),程其最佳范围(低成本、低风险),并确定其控制范围的异常和正常规律,并确定其控制范围的异常和正常规律,达成一种事先预测并实施改进措施的达成一种事先预测并实施改进措施的方法。方法。SPC的发展 过程控制的概念与实施过程监控的方法早在20世纪20年代就由美国的休哈特(W.A.Shewhart)提出。在第二次世界大战后期,美国开始将休哈特方法在军工部门推行但是上述统计过程按制方法尚未在美国工业牢固扎根。反之,战后经济遭受严重破坏的日本在195
10、0年通过体哈特早期的一个同事戴明(WEdwards Deming)博士,将SPC的概念引入日本从1950年至1980,经过三十年的努力,日本跃居世界质量与生产率方面的领先地位。美国著名质量管理专家伯格(Roger WBergcr)教授指出,日本成功的基石之一就是SPC。美国从20世纪80年代起开始推行SPC。美国汽车工业已大规模推行了SPC,如福特汽车公司,通用汽车公司,克莱斯勒汽车公司等美国钢铁工业也大力推行了SPC,如美国LTV钢铁公司,内陆钢铁公司,伯利恒钢铁公司等等。SPC能解决之问题 1.经济性:有效的抽样控制,不用全数检验,不良率和成本得以控制。使过程稳定,能掌握质量、成本与交期。
11、2.预警性:过程的异常趋势可实时对策,预防整批不良,以减少浪费。3.分辨特殊原因:作为局部问题对策或管理阶层系统改进之参考。4.善用机器设备:估计机器能力,可妥善安排适当机器生产适当零件。5.改善的评估:过程能力可作为改善前后比较之指南。SPCSPC基本原理基本原理 控制图示例:上上控控制界限制界限(UCL)UCL)中心中心线线(CL)下控制界限下控制界限(LCL)LCL)(一)、(一)、控制控制图图定义定义 控制图是用于分析和控制过程质量的一种方法。控制图是一种带有控制界限的反映过程质量的记录图形,图的纵轴代表产品质量特性值(或由质量特性值获得的某种统计量);横轴代表按时间顺序(自左至右)抽
12、取的各个样本号;图内图内有中心线有中心线(记为记为CL)CL)、上控制界限上控制界限(记为记为UCLUCL)和下控制界限和下控制界限(记记为为LCLLCL)三条线三条线(见下图见下图)。(二)、(二)、控制控制图图的目的的目的 控制图和一般的统计图不同,因其不仅能将数值以曲线表示出來,以观其变异之趋势,且能显示变异属于偶然性或非偶然性,以指示某种现象是否正常,而采取适当的措施。利用控制限区隔是否为非偶然性(三)、控制图的设计原理:(三)、控制图的设计原理:位置:中心值形状:峰态分布宽度1、在产品的生产过程中,、在产品的生产过程中,计计量值的量值的分布形式有:分布形式有:NormalDistri
13、bution(正态分布)222)(21)(xexf121222)(dxex when when n it turns ton it turns to standard standard deviationdeviation central location central locationf(x)拐点拐点拐点拐点xCharacteristic of Normal Distribution(正态分布的特征)No matter what value of&,the probability of data which fall into-3,+3 is is 99.73%。拐点拐点拐点拐点02413
14、123499.99%95.45%99.73%68.26%xUxxex)(2121)(2udtte221)(2控制图原理控制图原理 工序处于工序处于稳定状态稳定状态下,其计量值的分布大致符合下,其计量值的分布大致符合正态分布。由正态分布的性质可知:质量数据出现正态分布。由正态分布的性质可知:质量数据出现在平均值的正负三个标准偏差在平均值的正负三个标准偏差(X X 3 3)之外的概率仅之外的概率仅为为0.27%0.27%。这是一个很小的概率,根据概率论。这是一个很小的概率,根据概率论 “视视小概率事件为实际上不可能小概率事件为实际上不可能”的原理,可以认为:的原理,可以认为:出现在出现在X X 3
15、 3 区间外的事件是区间外的事件是异常波动异常波动,它的发生是,它的发生是由于异常原因使其总体的分布偏离了正常位置。由于异常原因使其总体的分布偏离了正常位置。控制限的宽度就是根据这一原理定为控制限的宽度就是根据这一原理定为 3 3。1.1.两类错误两类错误:第一类错误第一类错误:误发信号的错误,即工序正常,点子落在控制界限外。第一类错误发生的概率记为。第二类错误第二类错误:漏发信号的错误,即工序异常,点子却仍然落在控制界限内。第二类错误发生的概率记为。计算计算:对于以3原理确定的休哈特控制图,第一类错误的概率0.27 计算:计算:的大小需要对具体问题进行具体分析。两类错误和两类错误和3 3方式
16、方式/20/2nUCL003nLCL0030CL图x 控制图的两类错误分析控制图的两类错误分析xLCLCLUCL/2/2k0k001 控制图的两类错误控制图的两类错误第一类错误损失第二类错误损失两类错误损失图两类错误损失图两 损 失的 合 计k3 控制图的形成控制图的形成 旋转90LCLUCLLCLUCL规规格界限和格界限和控制控制界限界限 规规格界限格界限:是用以规定质量特性的最大(小)许可值。上规格界限:USL;下规格界限:LSL;。控制控制界限界限:是从实际生产出来的产品中抽取一定数量的产品,并进行检测,从所得观测值中计算出来者。上控制界限:UCL;下控制界限:LCL;x 控制控制图图的
17、种的种类类控制图控制图名称名称用途用途计量值数据计量值数据 R均值均值极差控制图极差控制图各种计量值各种计量值 R中位数中位数极差控制图极差控制图各种计量值各种计量值 RS单值单值移动极差控制图移动极差控制图各种计量值各种计量值 S均值均值标准偏差控制图标准偏差控制图重要产品中使用重要产品中使用计数值数据计数值数据Pn不合格品数控制图不合格品数控制图.计件数据计件数据p不合格品率控制图不合格品率控制图计件数据计件数据C缺陷数控制图缺陷数控制图计点数据计点数据U缺陷率控制图缺陷率控制图单位面积、长度的缺陷数单位面积、长度的缺陷数xxx1 1、按、按数据数据性性质质分分类:类:2 2、按控制、按控
18、制图图的用途分的用途分类类 分分析用控制析用控制图图:根据样本数据计算出控制图的中心线和上、下控制界限,画出控制图,以便分析和判断过程是否处于于稳定状态。如果分析结果显示过程有异常波动时,首先找出原因,采取措施,然后重新抽取样本、测定数据、重新计算控制图界限进行分析。控制用控制控制用控制图图:经过上述分析证实过程稳定并能满足质量要求,此时的控制图可以用于现场对日常的过程质量进行控制。分析用控制图 決定方针用 过程分析用 过程能力研究用 过程控制准备用 控制用控制图 追查不正常原因 迅速消除此项原因 并且研究采取防止此项原因重复发生之措施。分析用控制图稳定控制用“n”=1025控制图的选定资料性
19、质不良数或缺陷数单位大小是否一定“n”是否一定样本大小n2CL的性质“n”是否较大“u”图“c”图“np”图“p”图X-Rm图X-R图X-R图X-s图计数值计量值“n”=1n2中位数平均值“n”=25缺陷数不良数不一定一定一定不一定3、控制图的选择计量型控制图计量型控制图1 1、建立建立X-RX-R控制控制图图的四步的四步骤:骤:A 收集数据B 计算控制限C 过程控制解释 D 过程能力计算/解释步骤A:阶段收集数据A1选择子组大小、频率和数据子组大小子组频率子组数大小A2记录原始数据A3计算每个子组的均值X和极差RA4选择控制图的刻度A5将均值和极差画到控制图上A1A1:选择选择子子组大组大小
20、、小、频频率和率和数据数据:每组样本数(子组大小):2-5;子组数要求:最少25组,共100个以上样本;频率可参考下表:每小时产量抽样间隔不稳定稳定10以下8小时8小时10-194小时8小时20-492小时8小时50-991小时4小时100以上1小时2小时抽样原则:组內变差小(同组数据连续抽样),组间变差大(组与组之间有一定间隔时间)A3A3、计计算每算每个个子子组组的均值和的均值和极极差差R R:平均值的计算:44321xxxxxR值的计算:minmaxxxR22333极差98.210099.498.699.6平均991009999101599991011001004981001009799
21、39710198999829810099981001每组平均值和极差的计算示例:A4A4、选择选择控制控制图图的刻度的刻度:对于X-bar图,坐标上的刻度值的最大值与最小值之差应至少为子组(X-bar)的最大值与最小值差的2倍;对于R图,坐标上的刻度值应从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值(R)的2倍;A5A5、将均值和极差画到将均值和极差画到控制控制图上图上:在确定了刻度后尽快完成:将极差画在极差控制图上,将各点用直线依次连接:将均值画在均值控制图上,将各点用直线依次连接:确保所画的同一个样本组的Xbar和R点在纵向是对应的;分析用控制图应清楚地标明“初始研究初始研究”字样
22、;标明“初始研究初始研究”的控制图,是仅允许用在生产现场中还没有控制限的过程控制图。(备注:控制用控制图必须要有控制限!)(备注:控制用控制图必须要有控制限!)计算控制限B1计算平均极差及过程平均值B2计算控制限B3在控制图上作出平均值和 极差控制限的控制线步骤B:K为子组数kRRRRkxxxxxkk.21321极差控制图:平均值控制图:B1B1、计计算平均算平均极极差及差及过过程平均值程平均值RDLCLRDUCLRCLRAXLCLRAXUCLXCLRRRXXX3422极差控制图:平均值控制图:B2B2、计计算控制限算控制限注:D4、D3、A2为常数,随样本容量n的不同而不同,见控制图的常数和
23、公式表。B3B3、在控制在控制图图上上画画出平均值和出平均值和极极差控制限的控制差控制限的控制线线 将平均极差(R bar)和过程均值(Xdouble bar)画成黑色水平实线,各控制限(UCLR、LCLR、UCLX、LCLX)画成红色红色水平虚线;在初始研究阶段,这些被称为试验控制限。过程控制解释C1分析极差图上的数据点C2识別并标注特殊原因(极差图)C3重新计算控制界限(极差图)C4分析均值图上的数据点超出控制限的点链明显的非随机图形超出控制限的点链明显的非随机图形C5识別并标注特殊原因(均值图)C6重新计算控制界限(均值图)C7为了继续进行控制延长控制限步骤C:控制图的判定准则:控制图的
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