控制图原理及应用简介

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1、 目 录1 统 计 过 程 控 制 概 述 2 控 制 图 原 理 及 应 用 3 过 程 能 力 与 过 程 能 力 指 数 4 示 例 统 计 过 程 控 制 概 述 定 义 ： 统 计 过 程 控 制 （ Statistical Process Control， 简 称 SPC） ： 利 用 统 计 技 术 对 过 程中 的 各 个 阶 段 进 行 评 估 和 ， 建 立 并 保 持 过 程 处 于 可 接 受 的 并 且 稳 定 的 水 平 ， 从 而 保证 产 品 与 服 务 符 合 规 定 的 要 求 。 解 决 两 个 基 本 问 题 ： 、 利 用 控 制 图 测 定 ， 对

2、过 程 存 在 的 异 常 因 素 进 行 预 警 ； 、 计 算 过 程 能 力 指 数 ， 分 析 其 满 足 技 术 要 求 的 程 度 ， 对 过 程 质 量 进 行 评 价 。 预 防 为 主 首 先 过 程 管 理其 次 提 高 工 程 能 力 特 殊 原 因产 生 偏 差 的 状 态 普 通 原 因产 生 偏 差 的 状 态时间范围 规 格 上 限USL 受 控 但 没 有 能 力 符 合 规 范（ 普 通 原 因 造 成 的 变 差 太 大 ） 受 控 且 有 能 力 符 合 规 范（ 普 通 原 因 造 成 的 变 差 已 减 少 ）规 格 下 限LSL 附 ： 3控 制 方

3、 式 与 6控 制 方 式 的 比 较 ：合格率：. 1、 强 调 运 用 统 计 方 法 来 保 证 预 防 原 则 的 实 现 ； 2、 强 调 全 员 参 与 ， 而 不 是 依 靠 少 数 质 量 管 理 人 员 ； 3、 强 调 整 个 过 程 ， 并 不 是 简 单 地 解 决 对 特 定 工 序 用 什 么 样 的 控 制 图 的 问 题 。 的 特 点 ： 控 制 图 的 原 理控 制 图 的 形 成定 义 ： 控 制 图 ： 对 过 程 质 量 特 性 值 进 行 测 定 、 记 录 、 评 估 ， 以 监 察 过 程 是 否 处 于 控 制 状 态的 一 种 用 统 计 方

4、 法 设 计 的 图 。 （ 也 称 休 哈 特 控 制 图 ） 最 优 控制 间 隔 ： 平 均 值 ， 表 分 布 中 心： 标 准 差 ， 表 分 散 程 度 控 制 图 的 基 本 结 构 样 本 号 （ 或 时 间 ） 上 控 制 限 UCL中 心 线 CL下 控 制 限 LCL样本统计量数值x或R 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1、 以 随 时 间 推 移 而 变 动 着 的 样 品 号 为 横 坐 标 ， 以 质 量 特 性 值 或 其 统 计 量 为 纵 坐 标 ； 2、 三 条 具 有 统 计 意 义 的 控 制

5、 线 ： 上 控 制 线 UCL、 中 心 线 CL、 下 控 制 线 LCL； 3、 一 条 质 量 特 性 值 或 其 统 计 量 的 波 动 曲 线 。 控 制 图 原 理 的 解 释第 一 种 解 释 ： “ 点 出 界 就 判 异 ” 小 概 率 事 件 原 理 ： 小 概 率 事 件 实 际 上 不 发 生 ， 若 发 生 即 判 异 常 。 控 制 图 就 是 统 计 假 设检 验 的 图 上 作 业 法 。 第 二 种 解 释 ： “ 抓 异 因 ， 弃 偶 因 ” 控 制 限 就 是 区 分 偶 然 波 动 与 异 常 波 动 的 科 学 界 限 。 休 哈 特 控 制 图

6、的 实 质 就 是 区 分 偶 然 因 素 与 异 常 因 素 的 。始 终 存 在 ， 对 质 量 影 响 微 小 ， 难 以 消 除 ， 是 不 可 避 免 的 如 材 料 成 分 的 微 小 变 化 、 设 备 的 轻 微 震 动 、 刃 具 的 正 常 磨 损 、 夹 具 的 弹 性 变 型 等偶 然 因 素有 时 存 在 ， 对 质 量 影 响 很 大 ， 不 难 消 除 ， 是 可 以 避 免 的 如 材 料 成 分 的 显 著 变 化 、 设 备 安 装 不 当 、 零 件 损 坏 、 人 员 违 反 规 程 操 作 等异 常 因 素 常 规 控 制 图 分 类 控 制 图缺 陷

7、 数 控 制 图 控 制 图单 位 缺 陷 数 控 制 图泊 松 分 布计 点 型 控 制 图不 合 格 品 数 控 制 图 控 制 图不 合 格 品 率 控 制 图二 项 分 布计 件 型计 数 型 控 制 图单 值 移 动 极 差 控 制 图 控 制 图中 位 数 极 差 控 制 图 控 制 图均 值 标 准 差 控 制 图 控 制 图均 值 极 差 控 制 图正 态 分 布计 量 型 简 记控 制 图分 布数 据 类 型 RX SX RX SRX pnpuc按 用 途 分 类 ： 1、 分 析 用 控 制 图 用 于 质 量 和 过 程 分 析 ， 研 究 工 序 或 设 备 状 态 ；

8、 或 者 确 定 某 一 “ 未 知 的 ” 工 序 是 否 处 于 控制 状 态 ； 2、 控 制 用 控 制 图 用 于 实 际 的 生 产 质 量 控 制 ， 可 及 时 的 发 现 生 产 异 常 情 况 ； 或 者 确 定 某 一 “ 已 知 的 ” 工 序是 否 处 于 控 制 状 态 。 分 析 用 控 制 图 过 程 稳 定 控 制 用 控 制 图 控 制 图 的 应 用Step ： 中 心 线 与 控 制 界 限 计 算Step1： 质 量 特 性 的 选 择Step2： 控 制 图 类 型 的 选 择Step ： 抽 样 频 率 、 合 理 子 组 、 子 组 大 小 的

9、确 定 Step6： 判 断 是 否 满 足 技 术 要 求Step7： 日 常 管 理Step ： 判 断 是 否 处 于 稳态 确 定 控 制 对 象 确 定 控 制 图 类 型 收 集 数 据 计 算 控 制 限 绘 制 分 析 用 控 制 图 计 算 过 程 能 力 指 数 作 控 制 用 控 制 图 控 制 图 的 绘 制 、 确 定 控 制 对 象 （ 统 计 量 ） 一 般 应 选 择 技 术 上 最 重 要 的 、 能 以 数 字 表 示 的 、 容 易 测 定 并 对 过 程 易 采 取 措 施 的 、 大 家 理 解 并 同意 的 关 键 质 量 特 性 进 行 控 制 。

10、 、 选 择 控 制 图 对 于 计 量 数 据 而 言 ， X-R控 制 图 是 最 常 用 最 基 本 的 。 X控 制 图 用 于 观 察 均 值 变 化 ， 控 制 图 用 于观 察 分 散 或 变 异 情 况 变 化 ， 二 者 合 用 ， 用 于 观 察 正 态 分 布 的 变 化 。 、 取 预 备 数 据 1） 取 个 子 组 （ ） ； ） 国 际 推 荐 子 组 大 小 个 样 本 量 （ ） ； ） 合 理 子 组 原 则 。 （ 短 间 隔 内 取 、 过 程 不 稳 时 多 取 ） 、 计 算 控 制 限 （ 见 示 例 ） n 2 3 4 5 6 7 8均 值 控

11、制 限 系 数 A2 1.880 1.023 0.729 0.577 0.483 0.419 0.373极 差 控 制 限 系 数 D3 0.076 0. 136D4 3.267 2.574 2.282 2.114 2.004 1.924 1.864极 差 中 心 线 系 数 d2 1.128 1.693 2.059 2.326 2.534 2.704 2.847 注 ： 7时 为 负 ， 但 因 不 可 能 为 负 ， 故 计 算 时 将 下控 制 限 表 示 为 ： 。图 中 略 过 不 画 该 控 制 线 。RAX UCLRDLCL XCL RCL RAX UCLRDUCL i RRRR

12、、 i XXXX RR、 Rn XXXX 2X3R XR 2X4R i21i21 minmaxiini2i1 图 的 控 制 限X3、 计 算 图 和 R、 平 均 样 本 极 差X2、 计 算 样 本 总 均 值 、 RX1、 计 算 每 个 子 组 的 ii 、 绘 制 分 析 用 控 制 图 ， 并 判 定 ） 先 绘 图 ， 并 判 稳 稳 ， 绘 图 ； 不 稳 ， 除 去 可 查 明 原 因 后 重 新 计 算 、 ； 在 坐 标 图 上 画 出 三 条 控 制 线 ， 中 心 线 一 般 以 细 实 线 表 示 ， 控 制 上 下 线 以 虚 线 表 示 ； 将 预 备 数 据

13、点 绘 在 控 制 图 中 ； 根 据 控 制 图 的 判 断 规 则 判 断 工 序 状 态 是 否 稳 定 。 ） 再 绘 图 ， 并 判 稳 步 骤 同 上 。 、 计 算 过 程 能 力 指 数 由 分 析 用 控 制 图 得 知 工 序 处 于 稳 定 状 态 后 ， 还 须 与 规 格 要 求 进 行 比 较 。 若 工 序 既 满 足 稳 定 要 求 ，又 满 足 规 格 要 求 ， 则 称 工 序 进 入 正 常 状 态 。 此 时 ， 可 将 分 析 用 控 制 图 的 控 制 线 作 为 控 制 用 控 制 图 的 控制 线 ； 若 不 能 满 足 规 格 要 求 ， 必

14、须 对 工 序 进 行 调 整 ， 直 至 得 到 正 常 状 态 下 的 控 制 图 。 满 足 稳 定 要 求 控 制 状 态 （ 过 程 中 只 有 偶 因 而 无 异 因 产 生 的 变 异 的 状 态 ） ； 满 足 规 格 要 求 技 术 稳 态 （ 过 程 能 力 指 数 满 足 给 定 的 Cp值 要 求 ） 。 、 作 控 制 用 控 制 图 过 程 调 整 到 稳 态 后 ， 延 长 分 析 控 制 图 的 控 制 线 作 为 控 制 用 控 制 图 ， 进 入 日 常 管 理 。 若 出 现 新 的 异常 ， 需 查 因 对 策 ， 加 以 消 除 ， 以 恢 复 统 计

15、 过 程 控 制 状 态 。 控 制 图 的 判 断 准 则控 制 图 的 判 稳 原 则 1、 连 续 25点 在 控 制 线 内 ； 2、 连 续 35点 最 多 有 一 点 出 界 ； 3、 连 续 100点 最 多 有 两 点 出 界 。 满 足 上 面 任 意 一 点 都 可 以 判 定 为 稳 态 。控 制 图 的 判 异 原 则 1、 点 出 界 就 判 异 ； 2、 界 内 点 排 列 不 随 机 判 异 。 其 异 常 的 排 列 和 分 布 主 要 归 纳 如 下 ： 中 心 线 某 一 侧 的 质 控 点 数 明 显 比 另 一 侧 多 ， 这 时 应 考 虑 均 值 可

16、 能 发 生 偏 移 ； 有 多 个 点 接 近 上 、 下 控 制 限 ， 提 示 标 准 差 变 大 ； 中 心 线 一 侧 连 续 出 现 多 个 控 制 点 （ 链 现 象 ） 、 或 连 续 上 升 （ 或 下 降 ） 倾 向 ， 说 明 有 系 统 因 素 干 扰 ； 质 控 点 按 一 定 时 间 间 隔 呈 周 期 性 起 伏 变 化 ， 一 般 是 由 于 工 艺 、 环 境 等 因 素 失 控 造 成 的 结 果 。 点 子 波 动 集 中 在 中 心 线 附 近 ， 有 可 能 是 控 制 图 设 计 中 的 错 误 导 致 控 制 界 限 范 围 过 宽 而 导 致 的

17、 。 通 常 使 用 以 下 八 个 判 异 准 则 。（将 控 制 图 等 分 为 6个 区 ，每 个 区 宽 1。6个 区 分 别 标 号 A、B、C、C、B、A，两 个A区 、B区 及 C区 都 关 于 中 心 线 对 称 。） 八 大 判 异 准 则Test 1. 一 个 点 超 出 A区 Test 2. 九 点 在 中 心 线 一 侧 排 列Test 3. 六 点 连 续 上 升 或 下 降 Test 4. 十 四 点 交 互 上 下x x xCL UCLLCL AA-BC 1C-B- x xCLUCLLCL AABCCB UCLLCL AABCCBCL x UCLLCL AABCC

18、BCL Test 8. 连 续 8点 排 在 C区 外Test 5. 每 三 点 有 两 点 在 同 侧 B区 外 Test 6. 连 续 五 点 有 四 点 在 同 侧 C区 外Test 7. 十 五 个 点 排 在 C区x x x x xx xUCLLCL AABCCBCL UCLLCL AABCCBCLUCLLCL AABCCBCL UCLLCL AABCCBCL 应 用 控 制 图 的 注 意 点 1、 所 控 制 的 过 程 必 须 具 有 重 复 性 ， 即 具 有 统 计 规 律 ； 2、 选 择 能 代 表 过 程 的 主 要 质 量 指 标 作 为 控 制 对 象 ； 一 般

19、 是 指 关 键 部 位 、 关 健 尺 寸 、 工艺 本 身 有 特 殊 要 求 、 对 下 工 存 有 影 响 的 关 键 点 ， 如 可 以 选 质 量 不 稳 定 、 出 现 不 良 品 较 多 的部 位 ； 3、 及 时 打 “ 点 ” ， 及 时 发 现 工 序 异 常 ； 4、 如 果 控 制 图 点 子 出 界 或 界 内 点 子 排 列 非 随 机 ， 则 应 认 为 生 产 过 程 失 控 。 但 在 判 断 过程 失 控 前 ， 应 首 先 检 查 样 品 的 取 法 是 否 随 机 、 数 据 的 读 取 是 否 正 确 、 计 算 有 无 错 误 、 描 点有 无 差

20、 错 ， 然 后 再 来 调 查 生 产 过 程 方 面 的 原 因 ； 5、 仅 打 “ 点 ” 而 不 做 分 析 判 断 ， 失 去 控 制 图 的 报 警 作 用 。 对 于 判 异 后 的 处 理 ， 应 执 行“ 查 出 异 因 、 采 取 措 施 、 保 证 消 除 、 不 再 出 现 、 纳 入 标 准 ” 的 20字 原 则 ， 立 即 追 查 原 因 ， 并 采 取 措 施 防 止 再 发 ； 6、 控 制 图 是 根 据 稳 定 状 态 下 的 条 件 (人 员 、 设 备 、 原 材 料 、 工 艺 方 法 、 测 量 和 环 境 ，即 M1E)来 制 定 的 。 上

21、述 条 件 一 旦 发 生 变 化 ， 控 制 图 也 必 须 重 新 加 以 制 定 ， 及 时 调 整 控 制线 。 另 外 ， 控 制 图 在 使 用 一 段 时 间 后 ， 应 重 新 抽 取 数 据 ， 进 行 计 算 ， 加 以 检 验 。 7、 控 制 线 不 等 于 公 差 线 ， 公 差 线 是 用 来 判 断 产 品 是 否 合 格 的 ， 而 控 制 线 是 用 来 判 断 工序 质 量 是 否 发 生 变 化 的 ； 过 程 能 力概 念 ： 过 程 能 力 （ 工 序 能 力 ） ： 指 过 程 加 工 质 量 方 面 的 能 力 ， 用 以 衡 量 过 程 加 工

22、内 在 一 致 性 。理 解 如 下 ： 、 处 于 稳 定 状 态 下 的 实 际 加 工 能 力 。 稳 定 状 态 指 ： 质 量 因 素 （ 人 员 、 设 备 、 原 料 、 工 艺 、 测 量 和 环 境 ） 处 于 标 准 作 业 条 件 ， 无 异 常 波 动 。 、 以 该 过 程 产 品 质 量 特 性 值 的 变 异 或 波 动 来 表 示 。 当 过 程 处 于 稳 态 时 ， 产 品 的 计 量 质 量 特 性 值 有 . 落 在 3 的 范 围 内 （ -总 体 均 值 ； -总 体 标 准 差 ） ， 产 品 合 格 率 接 近 于 1。 因 此 ， 以 3 即

23、6 的 波 动 范 围 来 衡 量 过 程 能 力 （ 6 ） 。生 产 能 力 （ 加 工 数 量 方 面 的 能 力 ） 过 程 能 力 指 数概 念 ： 过 程 能 力 指 数 ： 指 过 程 加 工 质 量 满 足 产 品 技 术 要 求 的 程 度 ， 记 为 “ ” 或 “ ” 。 通 常 以 质 量 标 准 （ ） 与 过 程 能 力 （ ） 的 比 值 来 表 示 ， 即 ：公 差 范 围 ， 反 映 对 产 品 的 技 术 要 求 ；反 映 过 程 加 工 的 一 致 性 。6TBTCp 无 偏 移 短 期 过 程 能 力 指 数 无 偏 移 上 单 侧 短 期 过 程 能

24、力 指 数 无 偏 移 下 单 侧 短 期 过 程 能 力 指 数 有 偏 移 短 期 过 程 能 力 指 数分 布 中 心 （ ） 与公 差 中 心 重 合 计 算 ： 、 单 侧 公 差 、 只 有 上 限 要 求 ： ( TU ) 当 TU 时 ， 、 只 有 下 限 要 求 ： ( T U ) 当 T 时 ， 3XT3TC UUpU 3TX3TC LLpL 、 双 侧 公 差 、 无 偏 ： 、 有 偏 ： （ 见 示 例 ） 估 计 未 知 时 ， 可 用6 TT6TC LUp 01时，CK C PK PK 62-T6TK)(1K)C(1 1)K(0T2T/2 XMM P过程能力指数

25、偏移度中心偏移量 过 程 能 力 分 析过 程 能 力 判 定 ：级别 工程能力指数CP或CPK 对应关系T与 不合格品率p 工序能力分析特级A+ CP1.67 T10 p0.00006% 过于充分一级A 1.67C P1.33 108 0.00006%p0.006% 充分二级B 1.33CP1. 86 0.006%p0.27% 尚可三级C 1.CP0.67 64 0.27%p4.45% 不足四级D CP0.67 4 p4.45% 严重不足 提 高 过 程 能 力 的 途 径 ： 6 2- TCpK 、 降 调 整 工 序 加 工 的 分 布 中 心 与 技 术 标 准 中 心 的 偏 移 量

26、 。 、 降 提 高 工 序 能 力 减 少 分 散 程 度 ： ） 改 进 工 艺 方 法 、 优 化 工 艺 参 数 、 修 订 操 作 规 程 、 增 中 间 工 序 、 推 广 应 用 新 技 术 ； ） 改 造 更 新 设 备 、 加 强 点 检 维 护 ， 确 保 精 度 ； ） 提 高 工 具 工 艺 装 备 精 度 、 加 强 维 护 保 养 ； ） 加 强 人 员 培 训 ， 提 高 操 作 者 的 质 量 意 识 和 技 能 水 平 ； ） 加 强 现 场 管 控 ， 设 置 关 键 工 序 管 理 点 ， 开 展 小 组 活 动 ， 使 工 序 处 于 控 制 状 态 。 、 升 在 不 影 响 产 品 质 量 和 符 合 顾 客 要 求 的 前 提 下 ， 修 订 标 准 范 围 。 示 例