《过程能力新版》PPT课件.ppt

第六章 过程能力,过程质量的两种波动过程能力的基本概念过程能力指数过程能力的分析与评定过程能力的调查,主要教学内容：,学习要求：,理解过程能力的基本概念；掌握过程能力指数的计算；理解过程能力分析、评定、调查方法。,重点和难点：,过程能力的计算,第一节过程质量的两种波动,ISO9000：2005 质量管理体系 基础与术语,所有的活动都是通过过程来完成的，只有对影响过程质量的所有因素进行识别、控制，才可以保证过程的输出满足输入的要求。,产品：,过程的结果。,第二节 过程能力的基本概念,过程能力分析：分析与过程有关的设备、工艺、人的操作、材料、测量工具与方法及环境等过程因素对过程质量的影响程度。,有助于了解过程的有效性和效率；掌握产品生产工序的质量保证能力；为产品设计、工艺、工装设计、设备的维修、调整、更新、改造提供必要的资料和依据。,过程能力分析的意义：,一、过程能力的概念,过程能力：过程的质量满足过程要求的能力。过程能力可以衡量过程的有效性和效率。对产品的生产加工工序来说，过程能力就是过程能力，指处于稳定、标准状态下，工序的实际加工能力。过程处于统计控制状态：过程的分布状态不随时间的变化而变化，或称工序处于受控状态；工序处于标准状态：设备、材料、工艺、环境、测量均处于标准作业条件，人员的操作也是正确的。,GB/T3358.2-2009统计学词汇和符号 第2部分：应用统计（等同采用ISO 3534.2-2006）,过程能力（process capability）:对已被证明处于统计受控状态的过程特性的输出的统计度量，用来描述过程特性满足要求的能力。过程能力可以衡量过程的有效性和效率。对机械产品的生产加工工序来说，过程能力就是工序能力，指过程处于统计受控的状态下，工序的实际加工能力。,统计受控过程,统计受控过程，也称稳定过程，是指只受偶然因素影响的过程。此时，称过程处于稳定状态或统计控制状态。任何时候稳定过程的样本都是来自同一个总体的简单随机样本。稳定过程并不意味着随机变异大或小，也不指在规范限内还是规范限外，而是指可以用统计方法预测变异。在有些过程中，由于某些原因，如工具的磨损，特性的均值可能会发生漂移或标准差可能变大，这样一个过程的均值或标准差的逐步变化趋势可认为是由于系统原因而不是随机原因引起的。此时，样本不能认为是来自同一个简单随机样本了。,二、短期过程能力和长期过程能力,GB/T3358.2-2009提出了过程性能（process performance）的概念，过程能力和过程性能即是短期过程能力和长期过程能力。所谓短期过程能力是指在任一时刻，过程处于稳态的过程能力；长期过程能力则考虑了工具磨耗的影响、各批之间材料的变化及其他类似的可预期微小波动。换言之，短期过程能力表示了组内变异，而长期过程能力则表示了组内变异和组间变异之和。,过程能力指仅由偶因所引起的这部分变异所形成的过程能力，它实际上反映了“短期”变异。输出的分布需要判定其分布类型并估计参数。对于正态分布，过程的总标准差t能用St进行估计。此外，在某些特定情况下，表示子组内变异的标准差Sw可以代替St作为t的估计量。,或 或,过程性能是指对未被证明处于统计受控状态的过程特性的输出的统计度量，此时因为可能包括异常因素，其值又不可预测，故使用过程性能这个度量应特别谨慎。过程性能同时考虑了由偶因与可能存在的异因共同引起的变异，它实际上反映了长期变异。,2、长期过程能力(过程性能),2、长期过程能力(过程性能),若正态分布的标准差St仅由一个样本量为n的样本来估计，则过程标准差可表示为：,St是一个描述性统计量，用来代替t。,对正态分布，过程性能可以根据下式估计：z值通常取3、4或5。过程性能可以利用适当的概率纸或数据拟合的分布参数加以评估，过程性能表达为：记号 用于上、下规范限于特性的标称值不对称的情形；在对称情形用符号“”表示。,处于统计受控状态的过程，估计量St和Sw的取值趋于相等。因此，通过两者的比较可以反映过程的稳定性。对均值不为设定常数的失控过程以及均值系统变化的过程，Sw可能会显著地低估过程标准差，因此在使用Sw时应非常谨慎。有时更倾向于使用St，因为它更易于统计处理。,三、影响过程能力的因素,操作者设备材料操作方法环境监视与测量,第三节 过程能力指数和过程性能指数,一、过程能力指数的概念,Process capability index,过程能力指数：衡量过程能力满足过程要求的程度的数量值。记为PCI或Cp。是描述过程能力相对于容差的指数。容差（公差，specified tolerance）是上规范限与下规范限的差。,过程要求：可以是技术标准、产品规格、公差等要求。,2、过程能力与过程能力指数的区别,过程能力是过程特性满足要求的能力，而过程能力指数是指过程能力相对于容差的指数。过程能力强并不等于对过程要求的满足程度高；相反，过程能力弱也不等于对过程要求的满足程度低。当质量特性服从正态分布，而且其分布中心与规格中心重合时，一定的过程能力指数将与一定的不合格品率相对应。因此，过程能力指数越大，说明过程能力的贮备越充足，质量保证能力越强，潜力越大，不合格品率越低，但这并不意味着加工精度和技术水平越高。,二、过程能力指数的计算,1、无偏移双侧规范情形的过程能力指数,式中：、分别是分布的99.865%、0.135%分位数，TU、TL分别为上规范限和下规范限。,对正态分布来说，分别为3、-3，此时，Cp为：,、,图6-1 各种分布情况下的Cp值,Cp值越大，表明过程能力越高，对统计控制状态的人、机、料、法、环的要求也越高，相应的成本也会越大。当T6、Cp1时，如果过程出现波动，就会带来分布中心的偏移，过程不合格率会增加，因此，通常要求Cp大于1。,例6-1 某零件尺寸要求为 mm，通过抽样检验得知，样本平均值与公差中心重合，0.0067mm。试求过程能力指数，并估计过程不合格率。,解：,2、无偏移单侧规范情形的短期过程能力指数,只有上限要求时，上过程能力指数：,当 TU时，CpkU为负值，与过程能力的含义矛盾，故令CpkU 0，表示过程能力严重不足，此时过程的不合格率高达50以上。,而只有下限要求时，下过程能力指数：,例6-2：某机械零件，要求其圆度误差不超过0.060mm，通过抽样得到样本平均值 mm，样本标准差 0.014mm。求该过程的上过程能力指数并估计其不合格率。,解：,3、有偏移情形的过程能力指数,当与规范中心值M不重合，不合格率增大，Cp值降低,(0K1),当=M时，即分布中心与规范中心重合时，K0，CpKCp。当=TU或=TL时，K1，CpK0,实际上，这时合格率仍为50，故CpK0是不适当的，实际上CpK只能用于0K1的情况。,例2,测试一批零件外径尺寸的平均值=19.0101，S=0.0143，规格要求为，试计算过程能力指数并估计不合格品率。解：由题意：,或由Cp=0.816，k=0.145查表得不良品率估计约为2.1%2.3%,计算Cpk,在ISO3534-2:2006中，将Cpk称为最小过程能力指数，它也是上过程能力指数CpkU和下过程能力指数CpkL中的较小值。,计数值计件值,以不合格品率上限pU作为规格要求：(1)取k个样本，每个样本的样本容量分别为n1，n2，nk，每个样本中的不合格品 数为d1，d2，dk。,(3)计算过程能力指数Cp,(2)计算平均不合格品率及平均样本量,例1 某产品规格要求pU0.1，现取5个样本，n1n2n5100,各样本中不合格品数为：d17，d25，d36，d42，d54，求过程能力指数Cp。解：,计数值计点值,计算公式 规格要求是单位产品平均不合格数(或疵点数)上限或不合格品率很小时的样本中不合格品数上限CU(1)取k个样本，每个样本的样本容量分别为n1,n2，nk，每个样本的疵点数(或不 合格品数)为C1，C2，Ck。(2)计算平均疵点数(或平均不合格品数)。,(3)计算过程能力指数Cp,例2：设某产品规格要求单位产品平均不合格数上限CU2，取容量为10的样本5个，各样本中产品的不合格数分别为C17；C25；C36；C42；C54，求过程能力指数Cp。,解：,三、过程性能指数,过程性能指数（process performance index）是描述过程性能相对于容差的指数。过程性能指数是美国三大汽车公司联合制定的QS9000标准提出的。很多波动原因在短期观察中可能不会出现，或很少出现，而经过长期收集得到的数据就可能含有各种波动源，如：机器的移动与机器的老化；操作者的变动或情绪的变动；修理不当或修理工的调换；测量设备或量具没有及时校准；原材料或零配件的供应商的变动；车间温度、湿度的变化等环境因素的变化等。,过程性能指数常表示为：,对于正态分布，过程性能指数可以表示为：,对于单侧规范限，分别用下过程性能指数PpkL和上过程性能指数PpkU表示,式中，是分布的50%分位数。对于正态分布，既是中位数，又是均值。,对于正态分布，下过程性能指数PpkL和上过程性能指数PpkU可以分布表示为,在ISO3534-2:2006中，将Ppk称为最小过程性能指数，它也是上过程性能指数PpkU和下过程性能指数PpkL中的较小值。,第四节 过程能力的分析与评定,一、Cp和CpK的比较与说明,无偏移情况的Cp表示加工过程的一致性，即“质量能力”，Cp越大，则质量特性值的分布越集中，质量能力越强。而有偏移情况的CpK表示过程中心偏离规范中心M的偏移情况，CpK越大，则两者偏离越小，亦即过程中心对规范中心M越接近，这是过程质量能力和管理能力两者综合的结果。故CpK和Cp两者的着重点不同，需要同时加以考虑。联合应用Cp和Cpk，可对产品质量有更全面的了解。,表6-1 联合应用Cp和Cpk所代表的合格品率(%),二、过程能力指数Cp、CpK和不合格品率p的关系,1、无偏移时Cp和不合格品率p的关系,例64:某零件加工尺寸为mm，经抽样200件，得到样本平均值 49.969mm，标准差为s0.012mm，求不合格率p和合格率q。,解：从题可得,由题可知规范中心为,由于规范中心和分布中心重合，故,查标准状态分布表，知,不合格品率,合格品率 q1p10.98%=99.02%,2、有偏移过程能力指数CpK、偏移度K和不合格率p之间的关系,1）当分布中心向规范上限TU偏移时,因,故,故总不合格率为：,当K较大时，pL可略去，故,2）当分布中心相规范下限TL偏移时，,同理，可求得：,当K较大时，pU可略去，故,表62 0时，过程能力指数（Cp值）与不合格率p的关系,用Cp和k值估计不合格品率,单位：%,三、Cp和误判概率,在工序检验或最终检验中，由于测量误差的存在，会发生误收和误废的情况，误收和误废的概率和工件尺寸的分布类别有关，也和Cp大小有关，见表6-3、6-4、6-5。表中、为测量不确定度和工件公差的比值分档。对应于、档的比值分别为1/10、1/6、1/4。m和n分别为因为测量不确定度的存在而导致的验收工件时的误收概率和误废概率。,三、Cp和误判概率,四、过程能力评价标准,2、当Cp（或Cpk)值过大时的处置措施,适当缩小产品要求的公差范围；适当放宽过程控制的随机波动幅度，即增大值，如延长刀具更换周期，加大进给量，以提高效率，降低成本；可能时，改用精度较低的过程设备，降低成本；简化质量监控、质量检验，将全数检验改为抽样检验或减少抽样频次和抽样样本量，从而降低检验、监控的费用等。,3、当Cp（或Cpk)值过小时的改进措施,当Cp过小时，需要调整过程加工的分布中心以减少偏移量，或提高过程能力以减少分散程度。减小分散程度的措施：在不影响最终产品质量的情况下，适当放宽该过程产品的公差范围，但必须通过严格的论证，确定放宽公差范围不会影响产品质量；分析过程质量低的原因，有的放矢地采取相应措施改进过程，如采用过程控制图对过程进行控制，改进工艺方法，修订操作规程，优化工艺参数，推广新材料、新工艺、新技术；检修、改造设备；可能时，采用精度更高的设备；加强过程质量监控，如进行全数检验；当Cp（或Cpk)太低时，可考虑停止生产，分析原因并采取相应措施改进过程，从而提高Cp（或Cpk)值。否则，必须进行全数检验剔除不合格品。,4、过程分布中心与公差中心存在偏移时的处理,(1)当Cp 1.33时，若偏移度K0.5，则不必进行特别的调整。（2)当Cp1.33时，若K0.25，则必须采取措施，解决中心偏移的问题。减少过程中心偏移量的主要措施：对大量生产过程进行统计分析，寻找人、机、料、法、环、测量随时间推移而逐渐变化的规律，及时进行调整或采取设备自补偿调整等；根据中心偏移量，通过首件检验调整设备；改变操作者的操作习惯，如孔、轴加工向最大实体尺寸偏移的倾向性习惯，以公差中心值为加工依据。,第五节 过程能力的调查,过程能力调查的目的：了解控制特性值的波动情况；找出影响过程质量的主要因素；通控制主要因素，提高过程能力。,一、过程能力调查的步骤与方法,1.明确过程能力调查的目的首次调查通常是为了摸清过程能力状况，以便必要时采取措施，使过程能力满足生产要求。以后进行的过程能力复查，一般是为了掌握过程能力的变化情况，以便采取措施，保持过程能力。,2.确定调查计划的内容,明确所要调查的特殊过程。确定调查过程的产品质量特性，一般选择能定量表示的过程产品的关键特性。这些特性可能要通过破坏性检验或试用调查获得。明确采用的调查方法，包括抽样方案、检验或试验方法，获取什么质量数据，以及数据处理的方法等。确定判定过程稳定性的分析方法。确定总协定中心偏移性的分析方法。规定调查的职责和分工。规定调查的时间等。,3.对过程实施标准化作业对影响过程质量的各种因素分别规定操作控制标准；严格按规定的控制标准进行作业，确保过程处于稳定的受控状态。4.搜集过程的数据 在过程处于稳定状态下搜集试验数据。5.分析过程数据，判定过程的稳定性 利用过程能力图或控制图6.分析过程数据，判定过程分布中心的相对偏移性 通过使用直方图等方法，初步判定过程是否为近似正态分布。计算过程分布中心 和相对公差中心的偏移性。7.计算过程能力指数，评价过程能力 必要时，对过程进行调整、改进。8.写出过程能力调查报告,