控制图基本原理

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1、1第三讲第三讲 控制图基本原理控制图基本原理23PROCESS原料原料人人 机机 法法 环环 测测量量测量测量结果结果好好不好不好不要等产品做出来后再去看它好不好不要等产品做出来后再去看它好不好!而是在制造的时候就要把它制造好而是在制造的时候就要把它制造好!预防或容忍预防或容忍?4过程控制反馈循环图过程控制反馈循环图过程过程人员人员设备设备原料原料方法方法量测量测环境环境产品或服务客户客户确认客户需求与期望客户声音客户声音统计方法统计方法过程声音过程声音输入输入过程过程/系统系统输出输出 SPC是英文Statistical ProcessControl的前缀简称,即统计过程控制(又称统计制程管

2、制)。SPC就是应用统计技术统计技术对过程中的各个阶段收集的数据进行分析评估及监控，并调整制程制程，使过程保持可接受的稳定状态，从而达到改进与保证品质的目的。SPC强调预防，防患于未然是SPC的宗旨什什么么是是SPCSPC？5Statistical Process Control：是一种制造控制方法，是将制造中的控制项目，依其是一种制造控制方法，是将制造中的控制项目，依其特性特性所收集的数据，所收集的数据，通过过程能力的通过过程能力的分析分析与过程标准化，发掘过程中的与过程标准化，发掘过程中的异常异常，并立即采取，并立即采取改善改善措施，使过程恢复正常的方法。措施，使过程恢复正常的方法。实施实

3、施SPCSPC的目的：的目的：对过程作出可靠的评估；对过程作出可靠的评估；确定过程的统计控制界限，判断过程是否失控和过程是否有能力；确定过程的统计控制界限，判断过程是否失控和过程是否有能力；为过程提供一个为过程提供一个早期报警系统早期报警系统，及时监控过程的情况以防止废品的发生；，及时监控过程的情况以防止废品的发生；减少对常规检验的依赖性，定时的观察以及系统的测量方法替代了大量的减少对常规检验的依赖性，定时的观察以及系统的测量方法替代了大量的 检测和验证工作检测和验证工作在线监控 异常预警系统分析 持续改进6 战后经济遭受严重破坏的日本在战后经济遭受严重破坏的日本在19501950年通过休哈特

4、早年通过休哈特早期的一个同事戴明期的一个同事戴明(W.Ed-wards Deming)(W.Ed-wards Deming)博士，将博士，将SPCSPC的的概念引入日本。从概念引入日本。从1950195019801980年，经过年，经过3030年的努力，日本年的努力，日本跃居世界品质与生产率的领先地位。美国著名品质管理专跃居世界品质与生产率的领先地位。美国著名品质管理专家伯格家伯格(Roger W.Berger)(Roger W.Berger)教授指出，日本成功的基石之教授指出，日本成功的基石之一就是一就是SPCSPC。美美国国美国贝尔实验室休哈特博士美国贝尔实验室休哈特博士（W.A.W.A.

5、ShewhartShewhart）于于19241924年年发发明管制明管制图图，开启开启了了统统计计品管的新品管的新时时代代。SPC兴起的背景：起源 1940 1940s s二次世界大战期间，二次世界大战期间，美国军工产品使用抽样方案和控美国军工产品使用抽样方案和控制图以保证军工产品的品质。制图以保证军工产品的品质。Walter A.Shewhart7SPC兴起的背景：日本1950s品质管理大师戴明博士在日本工业产品生产过程中 全面推行SPC。日本JUSE（科学家协会）设置“戴明”奖，奖励那 些有效实施统计技术的企业。石川磬提出“QC七工具”，帮助生产现场人员分析 和改进品质问题，并推动广泛应

6、用。1970s有效地推行“QC圈”和应用统计技术使日本经济的 快速发展，成为高品质产品的代名词。1980s美国等其他国家紧随日本的步伐，开始推行“QC小 组”和统计技术的应用。美国汽车工业已大规模推行了美国汽车工业已大规模推行了SPCSPC，如：福特汽车，如：福特汽车 公司，通用汽车公司，克莱斯勒汽车公司等，上述美公司，通用汽车公司，克莱斯勒汽车公司等，上述美国三大汽车公司在国三大汽车公司在ISO9000ISO9000的基础上还联合制定了的基础上还联合制定了QS9000QS9000标准，编制了标准，编制了SPCSPC手册。手册。1986s MOTOROLA公司颁布“QC挑战”，通过SPC的实施

7、改 进过程能力，并提出追求“66”目标。1987s ISO9000标准建立并颁布实施，明确要求实施统计技术。8SPC的基本概念世上世上没没有任何有任何两两件事件事.人人员员.产品是完全一样产品是完全一样。制造过程中所产生之变异是可以衡量的制造过程中所产生之变异是可以衡量的。事情事情、产品的变异通常根据一定的模式而产生产品的变异通常根据一定的模式而产生。宇宙万物及工业产品大都呈常态分配（宇宙万物及工业产品大都呈常态分配（例如例如:身高身高、体体重重、智力智力、考试成绩考试成绩）所得分配变异的原因可分为所得分配变异的原因可分为普通原因及特殊原因。普通原因及特殊原因。普通原因普通原因属管理系统的范围

8、属管理系统的范围，特殊原因特殊原因却是作业人员本却是作业人员本身就能解决的身就能解决的应用应用SPCSPC可以指出制程最需要改善的地方可以指出制程最需要改善的地方910正态分布的基础知识正态分布的基础知识控制图是基于正态分布的原理发明的正态分布是一条曲线，讨论起来不方便，故用其两个参数：平均值正态分布是一条曲线，讨论起来不方便，故用其两个参数：平均值（，希腊字母，读作，希腊字母，读作mumu，averageaverage）与标准差（）与标准差（，希腊字母，读，希腊字母，读作作sigmasigma，standard deviationstandard deviation）来表示，）来表示，若平均

9、值（）增大，则正态曲线往右移动。但不论平均值（）如何变化都不会改变正态分布的形状，即标准差（）正态分布知识正态分布知识请记录!统计基础统计基础正正态分布态分布群体平均值=标准差=+k-k抽样x多数多数自然现象和人类行为自然现象和人类行为的的过程是呈正态分布的过程是呈正态分布的,或者或者 可以看成正态分布可以看成正态分布111213若标准差（若标准差（）越大，则加工质量越分散。）越大，则加工质量越分散。标准差（）与质量有着密切的关系。但不论正态分布的形状，即标准差（）如何变化，也决不会影响数据的对称中心，即平均值正态分布知识正态分布知识正态分布基本原理正态分布基本原理 在中心线或平均值两侧呈现对

10、在中心线或平均值两侧呈现对称之分布称之分布 常态曲线左右两尾与横轴渐渐常态曲线左右两尾与横轴渐渐靠近但不相交靠近但不相交 曲线下的面积总和为曲线下的面积总和为 1 11415不同的常态分配不同的常态分配(1)(1)(a)112 2，1 1=2 21 12 2X16不同的常态分配不同的常态分配(2)(2)1 1=2X(b)(b)1 1=2 2，112 2 12X X(b)12，12不同的常态分配不同的常态分配(3)(3)2X X11718蓝色代表规格分布形态红色代表实际制程分布形态蓝色代表规格分布形态红色代表实际制程分布形态1920正态分布中，任一点出现在正态分布中，任一点出现在 1 1内的概率

11、为内的概率为 P(-1X+1)=68.27%P(-1X+1)=68.27%2 2内的概率为内的概率为 P(-2X+2)=95.45%P(-2X+2)=95.45%3 3内的概率为内的概率为 P(-3X+3)=99.73%P(-3X+3)=99.73%正态分布与制程关系请记录!21正态分布概率控制图基本原理2223控制图又叫管制图,用于分析和判断工序是否处于控制状态所使用的带有控制界限线的图.请记录!控制图定义24请记录!2526控制图的基本原理 以3原理为基础：管制图是以正态分布中的3原理为理论依据，中心线为平均值，上下控制界限为以平均值加减3的值，以判断过程中是否有问题发生，此即休哈特博士所

12、创的控制方法 中心极限定理：无论随机变量的共同分布是什么（离散分布或连续分布，正态分布或非正态分 布），只要独立分布随机变量的个数n较大 时，的分布总是正态分布X请记录!27控制图的要素 纵坐标：数据（质量特性值或其统计量）横坐标：按时间顺序抽样的样本编号 上虚线：上控制界限UCL 中实线：中心线CL 下虚线：下控制界限LCLRemark:规格线：由客户或设计部门(R&D)给出;控制界线：由过程的实际数据统计计算得出;一般情况下,控制线严于规格线;请记录!28 规格界限：判定一单位产品合格与否的准则；管制界限：决定一个制程是否受控，是否受变异原因所干扰；对每组平均数的超限与否进行管制；规格界限

13、与管制界限规格界限与管制界限过程控制分析流程过程控制分析流程 确定要分析的特性测量系统分析 确定抽样方案 维持过程是进行抽样，并验证抽样的合理性计算、制作和判定控制图 判图 查找原因、消除异常否是否有25组过程能力评估能力是否满足要求 是 否是系统性改进否 选择要控制的特性选择要控制的特性对那些比较重要的特性进行统计过程控制；先对产品的特性进行统计过程控制，后对过程的特性进行统计过程控制；选择那些容易获得过程分布的特性；TS体系中要求对特殊特性进行统计过程控制；测量系统分析测量系统分析数据的准确性影响统计过程控制的有效性；在进行统计过程控制之前，要保证测量系统是有能力的；要求测量系统的分辨率高

14、于1/10，R&R%10,ndc5；如何确定子组 必须使在大致相同的条件下所收集的质量特性值分在一组,组中不应有不同本质的数据,以保证组内仅有普通原因的影响.必须先找出过程中普通原因波动这个基准，以这个基准为过程正常的基准，进而来判定过程异常。整个过程的变异组内变异33计量值控制图的合理分组计量值控制图的合理分组控制图是分析过程系统变异的原因是普通原因还是特殊控制图是分析过程系统变异的原因是普通原因还是特殊原因的统计分析工具原因的统计分析工具.如何达成此目的如何达成此目的,取决与数据收取决与数据收集时合理分组与否集时合理分组与否.让组让组内变异最小化内变异最小化,组间变异最大化组间变异最大化是

15、合理分组的原则是合理分组的原则.10203040500.00.10.20.3Diameter-Inside RangeSummaryJul 22,2004 10:21:09Statit Custom QC Evaluation3.903.954.004.054.10Diameter-Inside A verageSummaryStatit Custom QC Evaluation请记录!如何确定子组如何确定子组正确例子正确例子质量特性让组内变化只有普通原因让组间变化只有特殊原因组内变异小组间变异大时间制程的变化如何确定子组如何确定子组错误例子错误例子 如此的取样方式会造成无法有效区别组内变异和

16、组间变异，造成控制界限变宽，无法有效侦测制造变异。时间质量特性制程的变化如何确定抽样频率 抽样频率必须考虑以下方面：过程历史状况 经常发生失控，就需要更频繁的抽样；若班别切换会导致变更，则每班必须抽到；发生失控时，对质量的影响程度抽样的容易程度抽样和测量样本的费用确保按照抽样方案进行抽样；确保检验数据的质量；记录在生产过程中的事件，如停机、更换材料、设定、调整、计数等记录检验数据；371.1.没能找到正确的管制点没能找到正确的管制点2.2.没有适宜的测量工具没有适宜的测量工具3.3.没有解析生产过程，直没有解析生产过程，直接进行管制接进行管制4.4.解析与管制脱节解析与管制脱节5.5.管制图没

17、有记录重大事管制图没有记录重大事项项6.6.不能正确理解不能正确理解XbarXbar图与图与R R图的含义图的含义7.7.管制界限与规格界限混管制界限与规格界限混为一谈为一谈8.8.不能正确理解管制图上不能正确理解管制图上点变动所代表的意思点变动所代表的意思9.9.没有将管制图用于改善没有将管制图用于改善10.10.管制图是品管的事管制图是品管的事Caution！控制图使用十大误区控制图使用十大误区38概念介绍计量型：用各种计量仪器测出、以数值形式表现计量型：用各种计量仪器测出、以数值形式表现的测量结果，包括用量仪和检测装置测的零件尺的测量结果，包括用量仪和检测装置测的零件尺寸、长度、形位误差

18、等寸、长度、形位误差等,如电池之压片厚度如电池之压片厚度,小小片称重片称重,卷针直径等指标卷针直径等指标.计数型：通常是指不用仪器即可测出的数据。计计数型：通常是指不用仪器即可测出的数据。计件如不合格品数件如不合格品数,e.g,e.g 裁大片外观不良数，服从裁大片外观不良数，服从二项分布；计点如电池激光焊接的气密性二项分布；计点如电池激光焊接的气密性,短路短路数等数等,服从泊松分布服从泊松分布.ONOFF请记录!39控制图的分类(按数据种类分)计量值管制图(Control Charts for Variables)平均值-极差控制图(X-R Chart)平均值-标准差控制图(X-Chart)中

19、位数-极差控制图(X-R Chart)单值-移动极差控制图(X-MR Chart)计数值控制图(Control Charts for Attribute)不良率控制图(P Chart)不良数控制图(NP Chart)缺陷数控制图(C Chart)单位缺陷数控制图(U Chart)请记录!40计数值控制图亡羊补牢计数值控制图亡羊补牢?愈少愈好愈少愈好计量值控制图防患未燃计量值控制图防患未燃?愈多愈好愈多愈好计量值 Vs.计数值41控制图的选用流程请记录!数据类别单值或子组计数类型均值是否方便计算？子组大小一致子组大小一致子组大小 9S是否方便计算MRx sx Rx Rx NP或P图P图C或U图U

20、图连续离散不合格品是是是是是是缺陷数否否否否否否开始42 分析用控制图分析用控制图决定过程控制方法用过程解析用过程能力研究用过程管制准备用n控制用控制图控制用控制图n追查不正常原因n迅速消除此项原因n研究并采取防止此项原因重复发生之措施。分析用稳定控制用控制图的分类(按用途分)请记录!43制作分析用控制图之目的 在控制图的设计阶段使用,主要用以确定合理的控制界限;每一张控制图上的控制界限都是由该图上的数据计算出来;44 控制图的控制界限由分析阶段确定;使用时只需把采集到的样本数据或统计量在图上打点就行;制作制作控制控制用控制图之目的用控制图之目的45-分析用控制图 应用控制图时，首先将非稳态的

21、过程调整到稳态，用分析控制图判断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分析用控制图与控制用控制图分析用控制图与控制用控制图46绘制分析用控制图阶段使用控制用控制图阶段收集数据收集数据否否否否是是是是绘制分析用控制图绘制分析用控制图过程是否受控过程是否受控过程能力是过程能力是否符合要求否符合要求转为控制用控制图转为控制用控制图定期抽样打点定期抽样打点过程是否受控过程是否受控查找异因查找异因调整过程调整过程过程改进过程改进减小变异减小变异查找异因查找异因调整

22、过程调整过程是否需要是否需要调整控制图调整控制图过程受控与过程稳定过程受控与过程稳定请记录!47控制图绘制流程计算计算CpCp、CpkCpk收集数据绘制分析用控制图绘制控制用控制图绘制直方图稳定状态满足规格去除异常原因检讨5M1E各方面提升过程能力(辅助参考变异是否常态分布)YesNoYesNo计算计算PpPp、PpkPpk请记录!48第四讲第四讲 过程变异过程变异过程控制PROCESS原料人机 法环测量测量结果好不好4M1E 变异产品特性波动49SPCSPC在过程控制中的作用在过程控制中的作用50怎样识别出普通和特殊原因？怎样识别出普通和特殊原因？“”风险说明“”风险说明51 抽样检验时的

23、风险亦称为生产者冒险，风险亦称为消费者冒险。“”及“”风险 判定结果批/过程判为不良品判为良品良品1-不良品1-第一种错误第二种错误52两种错误损失分析 第I类错误,亦称为虚发警报的错误。过程正常而点子偶然超出控制限外，根据点出界就判异的原则，判断过程处于异常，于是就犯了第I类错误码，通常记为。第II类错误，亦称为漏发警报的错误。过程已经出现了异常，但仍会有部分产品，其质量特性的数值会位于控制限内。如果抽取到这样的产品，点子就会落在控制限内，而不能判断过程出现了异常，从而犯了第II类错误，通常记为。53普通原因和特殊原因-1 普通原因：始终影响过程的变差原因；特点：重复出现 单个偶然因素对过程

24、的影响非常小；所有偶然对过程造成稳定的分布；特殊原因：不是始终作用于过程的变差的原因特点：不稳定；突然出现；单个偶然因素对过程的影响非常大；所有偶然对过程造成分布改变；范范围围 时间可可预预测测范范围围 时间不不可可预预测测54普通原因与特殊原因举例合格原料的微小变化设备调整不当使用不合格原料机械的微小震动刀具的微量磨损刀具过量磨损加工方法局限性加工方法的改变过大的测量误差新手未按操作规程作业合格仪器的测量误差气候、环境的微小变化特殊原因特殊原因普通原因普通原因55局部措施和系统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大约可纠正15%的过程问题对系统采取措施通常用来

25、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%的过程问题特殊原因解决方法普通原因解决方法56控制控制界限与错误损失界限与错误损失01362两种损失的合计第二种错误损失第一种错误损失Shewhart Shewhart 用经济平衡点（用经济平衡点（Break even pointBreak even point）求得）求得3 3的界限综合损失最小的界限综合损失最小.57怎样识别特殊和普通原因？普通原因的波动范围异常原因导致的波动范围异常原因导致的波动范围UCLLCL抽样估计肯定有风险抽样估计肯定有风险58认识控制图认识控制图 1 Sigma1 Sigma2 Sigma2 Sigma3 Sigma3 Sigma1 Sigma1 Sigma2 Sigma2 Sigma3 Sigma3 Sigma%数据点的百分比数据点的百分比UCL UCL：Upper control limitUpper control limitLCLLCL：Lower control limitLower control limit测量特性测量特性CL：Central LineCentral Line时间时间控制图又叫控制图又叫管制图管制图,用于分析和判断工序是否处于控制状态所使用的带用于分析和判断工序是否处于控制状态所使用的带有有控制界限线控制界限线的图的图.5960-THE END-Q&A