SPC统计过程控制教材.ppt
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1、SPC(Statistical Process Control)统计过程控制,shenyunz,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策划并时期在受控条件下进行,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,流程,活動,谁主导?、谁配合?,输出产品、服务等,效率绩效测量时间成本等指标,硬件软件环境等,输入材料、需求、顾客及法规要求等,过程名称,怎么做方法、程序,过程分析-龟形图分析法,WHO,OUTPUT,MEASUREMENT,WHAT,INPUT,HOW,使用什么?(材料/
2、设备)1、检测设备、量具、标准块;2、车间隔离区;3、控制点。,谁进行?(能力/技能/培训)1、有资格检验员、操作员;2、质量负责人(领班);3、培训授权。,输 入1、不合格品/可疑产品;2、顾客投诉;3、过程异常、SPC图纸;4、设备发生异常。,过 程生产中不合格品控制,输 出1、识别产品;2、隔离/通过;3、分类/返工通知;4、停产通知。,如何做?(方法/程序/技术)1、按程序(不合格品控制);2、不合格品评审;3、返工/返修指导书;4、SPC图;5、分隔/追溯性;6、标准样品。,使用的关键准则是什么?(测量/评估)1、反应速度、时间;2、内外顾客反馈;3、PPm下降程度;4、质量成本;5
3、、退货分析。,产品生产过程分析“乌龟图”,过程控制系统 有反馈的过程控制系统模型,过程的呼声 人 设备 材料 方法 产品或 环境 服务 输入 过程/系统 输出 顾客的呼声,我们工作的方式/资源的融合,统计方法,顾客,识别不断变化的需求量和期望,变差/波动,过程的单个输出之间不可避免的差别,变差的两个原因:普通原因特殊原因,变差的两个趋势集中趋势离散趋势,过程控制的需要,检测-容忍浪费:抽样或100%检验的不足预防-避免浪费:质量是生产出来的,不是检验出来的,为什么要应用SPC,SPC技术原理,SPC的概念,使用诸如控制图等统计技术来分析过程或其输出以便采取适当的措施来达到并保持统计控制状态从而
4、提高过程能力。,一组重要的统计概念,平均值、中位数极差、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,平均值(Xbar或X),河水平均深度 1.4M,士兵平均身高 1.7M,平均温度20度,平均主义害死人!,中位数(),=,X(n+1)/2 n为奇数Xn/2+Xn/2+1 n为偶数,2,极差(R),组距,作用:表明数据之间的离散程度,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,说明改组数的离散程度,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
5、围,范围,X,X,范围,R,R,R,特殊原因一种间断性的,不可预计的,不稳定的变差来源。有时被称为可查明原因,存在它的信号是:存在超过控制线的点或存在在控制线之内的链或其他非随机性的情形。,普通原因造成变差的一个原因,它影响被研究过程输出的所有单值;在控制图分析中,它表现为随机过程变差的一部分。,变差(波动)的普通原因与特殊原因的区别,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,若稳定,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
6、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,局部措施和对系统采取措施,局部措施通常用来消除变差的特殊原因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,过度调整,过度调整是把每一个偏离目标的值当作过程中特殊原因处理的作法。,如果根据每一次所做的测量结果来调整一个稳定的过程,则调整本身就成了一个变差源。,过程控制,目标:对影响过程的措施做出合理经济的决定过程在统计控制下运行(过程受控):仅存在造成变差的特殊原因过程控制
7、的作用:当出现变差的特殊原因时报警;反之,不报警,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),过程能力,过程能力是指过程处于受控状态下(不存在变差的特殊原因)的实际加工能力一个稳定过程的固有变差的总范围过程能力是由造成变差的普通原因造成工序能力高时: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 受控且有能力符合规范(普通原因造成的变差已减少)规范下限 规范上限 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),过程改进循环1、分析过程 2、维护过程 本过程应做什么?监控过程性能 会出现什么错误?查找变差的特殊原因并 本过程正在
8、做什么?采取措施。达到统计控制状态?确定能力 计划 实施 计划 实施 措施 研究 措施 研究 计划 实施 3、改进过程 措施 研究 改进过程从而更好地理解 普通原因变差 减少普通原因变差,带有不同水平的变差的能够符合规范的过程(所有的输出都在规范之内),规范下限 LSL,规范上限 USL,范围,LSL,USL,范围,不能符合规范的过程(有超过一侧或两側规范的输出),LSL,LSL,USL,USL,范围,范围,过程能力指数(Cp),过程能力用过程能力指数来加以量化,Cpk=(T-2)/6 其中,=|Xbar-(T/2)|,Cp=T/6 T=(USL-LSL)USL:公差上限LSL:公差下限,无偏
9、情况下:,存在偏移时:,Cpk值的判定原则,过程控制的工具-控制图,上控制限 中心限 下控制限,控制图是1924年休哈特博士在贝尔实验室发明的。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贡献,控制图原理-3Sigma原则,当质量特性的随机变量x服从正态分布时,则x落在3 的概率是99.73%。根据小概率事件可以“忽略”的原则:如果出现超出3 范围的x值,则认为过程存在异常。,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。,控制图的控制线,中心线(CL):X上控制线/限(
10、UCL):X+3 下控制线/限(LCL):X-3 右转90度,3,3,x+3,x-3,x,x,99.73%,公差界限与控制界限的区别,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,UCL,LCL,第类错误():虚发警报第类错误():漏发警报,两类错误,两类错误都会造成损失上下控制限间距变大:减小,增大上下控制限间距变小:增大,减小间距的设定寻求二者的均衡点(3),两类错误,控制图设计思想,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%,合理使用控制图的益处
11、,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成本上能持续的、可预测的保持下去使过程达到:更高的质量更低的单件成本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,使用控制图的基本步骤,1、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,使用控制图的两个阶段,过程分析阶段(初始能力研究)过程监控阶段,分析用控制图与控制用控制图,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
12、是否达到稳态。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?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,控制图类型,控制图的选择方法,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,接上页,子组容量是否大于或等于9
13、?,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。,计量型数据控制图,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,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,使用控制图的准备,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
14、关系,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: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。,均值和极差图(X-R),1、收集数据 以样本容量恒定的子组形式报告,子组通常包括2-5件连续的产品,并周性期的抽取子组。注:应制定一个收集数据的计划,将其作为收集、记录及描图的依据。1-1 选择子组大小,频率和数据 1-1-1 子组大小:一般为5件连续的产品,仅代表单一刀具/冲
15、头/过程 流等。(注:数据仅代表单一刀具、冲头、模具等 生产出来的零件,即一个单一的生产流。)1-1-2 子组频率:在适当的时间内收集足够的数据,这样子组才能 反映潜在的变化,这些变化原因可能是换班/操作人 员更换/材料批次不同等原因引起。对正在生产的产 品进行监测的子组频率可以是每班2次,或一小时一 次等。,接上页,1-1-3 子组数:子组越多,变差越有机会出现。一般为25组,首次使 用管制图选用35 组数据,以便调整。1-2 建立控制图及记录原始数据(见下图),1-3、计算每个子组的均值(X)和极差R 对每个子组计算:X=(X1+X2+Xn)/n R=Xmax-Xmin 式中:X1,X2
16、为子组内的每个测量值。n 表示子组 的样本容量1-4、选择控制图的刻度 4-1 两个控制图的纵坐标分别用于 X 和 R 的测量值。4-2 刻度选择:,接上页,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(X)的最大值与最小值的差的2倍,对于R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(R)的2倍。注:一个有用的建议是将 R 图的刻度值设置为 X 图刻度值的2倍。(例如:平均值图上1个刻度代表0.01英寸,则在极差图上 1个刻度代表0.02英寸)1-5、将均值和极差画到控制图上 5-1 X 图和 R 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
17、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X 和R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“初始研究”字样。,计算控制限 首先计算极差的控制限,再计算均值的控制限。2-1 计算平均极差(R)及过程均值(X)R=(R1+R2+Rk)/k(K表示子组数量)X=(X1+X2+Xk)/k 2-2 计算控制限 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 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 映在极差上的子组内的变差的量来决定的。计算公式:UCLx=X+A2R UCLR=D4R LCLx=X-A2R LCLR=D3R,接上页 注:式
18、中A2,D3,D4为常系数,决定于子组样本容量。其系数值 见下表:,注:对于样本容量小于7的情况,LCLR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6的子组,6个“同样的”测量结果是可能成立的。,2-3 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。各控制限画成虚线。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。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。(即其中之一或两者均不受控)进而采取适当的措施。注1:R 图和 X 图应分别分析,但可进行比较,了解影响过程 的特殊原因
19、。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,因此,首先应分析R图。,3-1 分析极差图上的数据点,3-1-1 超出控制限的点a 出现一个或多个点超出任何控制限是该点处于失控状态的主要 证据,应分析。b 超出极差上控制限的点通常说明存在下列情况中的一种或几种:b.1 控制限计算错误或描点时描错 b.2 零件间的变化性或分布的宽度已增大(即变坏)b.3 测量系统变化(如:不同的检验员或量具)c 有一点位于控制限之下,说明存在下列情况的一种或多种 c.1 控制限或描点时描错 c.2 分布的宽度变小(变好)c.3 测量系统已改变(包括数据编辑或变换),不受控制的过程的极差(有超过控制限的
20、点),UCL,LCL,UCL,LCL,R,R,受控制的过程的极差,3-1-2 链-有下列之现象表明过程已改变或出现某种趋势:连续 7点在平均值一侧;连续7点连续上升或下降;a 高于平均极差的链或上升链说明存在下列情况之一或全部:a-1 输出值的分布宽度增加,原因可能是无规律的(例如:设备工作不正常或固定松动)或是由于过程中的某要素变化(如使用新 的不一致的原材料),这些问题都是常见的问题,需要纠正。a-2 测量系统的改变(如新的检验人或新的量具)。b 低于平均极差的链或下降链说明存在下列情况之一或全部:b-1 输出值的分布宽度减小,好状态。b-2 测量系统的改好。注1:当子组数(n)变得更小(
21、5或更小)时,出现低于 R 的链的可能 性增加,则8点或更多点组成的链才能表明过程变差减小。,注2:标注这些使人们作出决定的点,并从该点做一条参考线延伸 到链的开始点,分析时应考虑开始出现变化趋势或变化的时间。,UCL,LCL,R,UCL,R,LCL,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),3-1-3 明显的非随机图形,a 非随机图形例子:明显的趋势;周期性;数据点的分布在整个控制限内,或子组内数据间有规律的关系等。b 一般情况,各点与R 的距离:大约2/3的描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的区域。C
22、如果显著多余2/3以上的描点落在离 R 很近之处(对于25子组,如果超过90%的点落在控制限的1/3区域),则应对下列情况的一种或更多进行调查:c-1 控制限计算错或描点已描错。c-2 过程或取样方法被分层,每个子组系统化包含了从两个或多 个具有完全不同的过程均值的过程流的测量值(如:从几组 轴中,每组抽一根来测取数据)。c-3 数据已经过编辑(极差和均值相差太远的几个子组更改删除)。,d 如果显著少于2/3以上的描点落在离R很近之处(对于 25子组,如果有40%的点落在控制限的1/3区域),则应对下列情况的一种或更多进行调查:d-1 控制限计算错或描点或描错。d-2 过程或取样方法造成连续的
23、分组中包含了从两个或多个具有 明显不同的变化性的过程流的测量值(如:输入材料批次混 淆)。注:如果存在几个过程流,应分别识别和追踪。3-2 识别并标注所有特殊原因(极差图)a 对于极差数据内每一个特殊原因进行标注,作一个过程操作 分析,从而确定该原因并改进,防止再发生。b 应及时分析问题,例如:出现一个超出控制限的点就立即开 始分析过程原因。,3-3 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,失控的原因已 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 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 影响的子组,然后重新计算新的平均极差R和控制限,并
24、画下来,使所有点均处于受控状态。b 由于出现特殊原因而从R 图中去掉的子组,也应从X图中去掉。修改后的 R 和 X 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“丢弃坏数据”。而是排除受已知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部分重现。,3-4 分析均值图上的数据点,3-4-1 超出控制限的点:a 一点超出任一控制限通常表明存在下列情况之一或更多:a-1 控制限计算错或描点时描错 a-2 过程已更改,或是在当时的那一点(可能是一件独立的 事件)或是一种趋势的一部分。a-3 测量系统发生变化(例如:不同的量具或QC),不受控制的
25、过程的均值(有一点超过控制限),受控制的过程的均值,UCL,LCL,X,LCL,UCL,X,3-4-2 链-有下列现象之表明过程已改变或出现某种趋势:连续 7点在平均值一侧或7点连续上升或下降 a 与过程均值有关的链通常表明出现下列情况之一或两者。a-1 过程均值已改变 a-2 测量系统已改变(漂移,偏差,灵敏度)注:标注这些使人们作出决定的点,并从该点做一条参考线延伸到 链的开始点,分析时应考虑开始出现变化趋势或变化的时间。,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,X,LCL,UCL,X,LCL,3-4-3 明显的非随机图形,a 非随
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