SPC教材(最全最经典).ppt
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1、统计过程控制统计过程控制Statistic Process ControlStatistic Process Control课程课程内内容容SPC概述统计常用的术语控制图原理及种类过程能力与过程能力指数常规控制图的应用PROCESS 过程原料人机 法环测量测量结果好不好 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过程(Process)-品质的源头、品质的源头、SPCSPC的焦点的焦点过程控制的主要内容l分析影响分析影响过程程质量的因素,确定主要因素,并分析主要因素的影响分量的因素,确定主要因素,并分析主要因素的影响分析、途径和程度,据此明确主要因素的最佳水平,析、途径和程度
2、,据此明确主要因素的最佳水平,实现过程程标准化,准化,确定确定产品关品关键的的质量特性和影响量特性和影响产品品质量的关量的关键过程,建立管理点,程,建立管理点,编制全面的控制制全面的控制计划和控制文件划和控制文件对过程进行分析并建立控制标准对过程进行监控和评价对过程进行维护和改进l根据过程的不同工艺特点和质量的影响因素,选择适宜的方法对过程进行监控,如采用首检、巡回检验和检查及记录工艺等方式对过程进行监控;利用质量信息对过程进行预警和评价,如利用控制图对过程波动进行分析,对过程变异进行预警,利用过程性能指数和过程能力指数对过程满足技术的程度和过程质量进行评定l通过对过程的管理和分析评价,消除过
3、程存在的异常因素,维护过程的稳定性,对过程进行标准化,并在此基础上,逐渐的减小过程固有的变异,实现过程质量的不断突破SPC概要说明u统计过程控制(程控制(Statistical Process control 简称称SPC)就是使用就是使用诸如控制如控制图等等统计技技术来分析来分析过程或其程或其输出以便采取适当的措施来达到并保持出以便采取适当的措施来达到并保持统计控制状控制状态从而提高从而提高过程能力。程能力。这是一种以是一种以预防防为主的主的质量控制方法量控制方法uSPC主要解决两个基本主要解决两个基本问题:一是一是过程运行状程运行状态是否是否稳定;二是定;二是过程能力是否充足。前者可以利程
4、能力是否充足。前者可以利用控制用控制图这种种统计工具工具进行行测定,后者可通定,后者可通过过程能力分析来程能力分析来实现的兴起是宣告经验挂帅时代的结束的兴起是宣告经验挂帅时代的结束的兴起是宣告品质公共认证时代的来临的兴起是宣告品质公共认证时代的来临 非常重非常重视产品生品生产的的过程与系程与系统,因,因为只有只有稳定而一定而一贯 的的过程与系程与系统,才能保,才能保证长期做出合格的期做出合格的产品,然而,如品,然而,如何何检核次一核次一贯过程与系程与系统仍然仍然稳定的存在呢?定的存在呢?这又必又必须昂昂赖SPC来来发挥功能功能SPC概要说明基于上述两点主客观的因素,因此,对制程业者而言,SPC
5、已成为影响生存及成败的关键制度了SPC设想藉由以往的数据了解正常的变异范围设定成控制界限绘点判定是否超出界限纠正异常持续改进,缩小控制界限课程课程内内容容SPC概述统计常用的术语控制图原理及种类过程能力与过程能力指数常规控制图的应用 计量数据:定量的数据,可用量测值分析计量数据:定量的数据,可用量测值分析 计数型数据:可以用来记录和分析的定性数据计数型数据:可以用来记录和分析的定性数据 总体总体 :研究对象的全体,:研究对象的全体,个数用个数用N N 表示。表示。样本样本 :总体的子集,样本元数个数用总体的子集,样本元数个数用n n表示。表示。表示分布的中心位置的统计量表示分布的中心位置的统计
6、量:平均值、中位数、众数平均值、中位数、众数 表示数据的离散程度的常用统计量:表示数据的离散程度的常用统计量:方差、标准差、极差、移动极差方差、标准差、极差、移动极差SPC 的常用统计量SPC常用统计量的计算方式极差值(R):总体平均值(总体中心值):样本均值(样本中心值):样本中位数Me(从小到大有序样本)MeX(n1)/2,当n为奇数时Me(Xn/2+X(n/2+1)/2,当n为偶数时=(Xi-)2i=1NN总体的标准偏差=S=(Xi-X)2i=1nn-1样本的标准偏差让我们练习.SPC常用统计量的计算方式Rs=Xi-Xi-1(i=2,3,K)移动极差值例子例子课堂例子:计算均方差和标准偏
7、差(2,6,4)计算中心值,均方差和标准偏差x=xnii=1ns2=n(Xi-X)2i=1n-1s=(Xi-X)2i=1nn-1平均值均方差标准偏差均方差(s2)=8/(3-1)=4标准偏差(s)=平方根(4)=2ixi(xi-4)(xi-4)212-2426243400总和1208正态分布的特点:1.形态如钟,左右对称,对称于分布中心 2.于平均值处分布的频数最多,此外,越远 离平均值,分布的频数也越少;3.曲线下的面积为1,曲线与x 1所围成的面积为0.6825,2(0.9545)为何要研究正态分布?1.它是自然界的一种最基本的最普遍的法则,反应了事物内在的变化规律;2.它是我们进行统计分
8、析的基础;3.它使我们得以通过少量抽样来把握全体,从而节省大量人力,物力,财力和时间。95.5%95.5%43210-1-2-3-468.3%68.3%99.73%99.73%正态分布的要素:1.平均值:决定正态分布曲线的中心位置;2.标准偏差:决定正态分布曲线的“宽窄”.正态分布正态分布概率k在內的概率在內的概率在外的概率在外的概率0.6750.00%50.00%168.26%31.74%1.9695.00%5.00%295.45%4.55%2.5899.00%1.00%399.73%0.27%正态分布曲线95.5%43210-1-2-3-468.3%99.73%12 正态分布形状的因正态分
9、布形状的因 和和 而异而异 121212211.1.1 1 2 2,1 1=2 2 2.2.1 1=2 2,1 1 2 2 3.3.1 1 2 2,1 1 2 2 =0.41=0.81过程A过程B过程 C=标准偏差哪一个过程最佳?过程表现如何?什么是最佳的过程?什么是最差的过程?你是否想知道,为什么?=0.04中心极限定理定理定理1:设:设X1,X2,.,Xn是是n个相互独立同分布的随机变量,假如其共同个相互独立同分布的随机变量,假如其共同分布为正态分布分布为正态分布N(,2),则样本均值则样本均值X 仍为正态分布,其均值不变仍为正态分布,其均值不变仍为仍为,方差,方差2都存在都存在,样本均值
10、样本均值 Xbar服从正态分布服从正态分布N(,2/n)定理定理2:非正态样本均值的分布:非正态样本均值的分布,正态样本均值正态样本均值X服从正态分布服从正态分布N(,2/n)设设X1,X2,.,Xn是是n个相互独立同分布的随机变量,其共同分布不为个相互独立同分布的随机变量,其共同分布不为正态或未知,但其均值正态或未知,但其均值,方差,方差2都存在,则在都存在,则在n相当大时,样本均相当大时,样本均值值 X近似服从正态分布近似服从正态分布N(,2/n)中心极限定理:多个相互独立随机变量的平均值(仍然是一个随机变量)服从或近似服从正态分布波动 波动(变异)的概念是指在现实生活中没有两件东西是完全
11、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,用相同材料的生产同种产品,其加工后的质量特性(如:重量、尺寸等)总是有差异,这种差异称为波动,公差制度实际上就是对这个事实的客观承认。正常波动:是由偶然(普通)原因造成的异常波动:是由异常(特殊)原因造成的偶然原因和异常原因偶然偶然(普通普通)原因原因:指的是造成随著时间推移具有稳定的且可重复的分布过指的是造成随著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:程中的许多变差的原因,我们称之为:“受统计控制受统计控制”,或,或“受控受控”,普通原因表现为一个稳
12、定系统的,普通原因表现为一个稳定系统的偶然原偶然原因因,只有变差的普通原因存在且不改变时,过程的输出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才可以预测。异常异常(特殊特殊)原因原因: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们出现时将造成(整个整个)过程的分布改变。除非所有的过程的分布改变。除非所有的异异常常原因都被查找出来并且采取了措施,否则它们将继续原因都被查找出来并且采取了措施,否则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变差的异常异常
13、原因,随时间的推移,过程的输出将不稳定。原因,随时间的推移,过程的输出将不稳定。偶然原因与异常原因举例合格原料的微小变化合格原料的微小变化机械的微小震动机械的微小震动气候、环境的微小变化等气候、环境的微小变化等等等使用不合格原料使用不合格原料设备调整不当设备调整不当新手作业,违背操作规程新手作业,违背操作规程刀具过量磨损等等刀具过量磨损等等偶然原因异常原因偶然原因和异常原因目标值线预测时间范围范围时间目标值线如果仅存在变差的偶然原因,随着时间的推移,过程的输出形成一个稳定的分布并可预测如果存在变差的异常原因,随着时间的推移,过程的输出不稳定课程课程内内容容SPC概述统计常用的术语控制图原理及种
14、类过程能力与过程能力指数常规控制图的应用控制图是SPC的核心工具,由美国休哈特博士于1924年首创,后来由戴明博士在美国及日本广为推行,成为质量管理由事后检验向事前预防为主转化的标识,通常一个企业使用控制图的多少在某种意义上反映了管理水平什么是控制图?控制图是对过程质量加以测量、记录从而进行控制管理的一种科学方法设计的图图中有中心线(CL)、上控制界限(USL)、下控制界限(LSL),并有按照时间顺序抽取样本统计量数值的描点序列。用来监控异常原因引起的波动。注:点子在预计的界线内随机重复表现为随机波动,一旦过程受异常因素的影响,点子的排列就会出现趋势、链状、超界等不随机现象。样本的统计量UCL
15、CLLCL时间或样本号控制图控制图的目的控制图控制图和和其他其他的统计图的统计图(趋势图、推移图)(趋势图、推移图)不同,因不同,因为它不但为它不但能能够把数据用曲线够把数据用曲线表示出来,表示出来,观察其变化的观察其变化的趋势趋势,而而且能且能显示变异(波动)是属于偶然因素(随显示变异(波动)是属于偶然因素(随机因素)或异常因素(非随机因素),机因素)或异常因素(非随机因素),以指示某种现以指示某种现象是否正常,象是否正常,从而采取适当的措施从而采取适当的措施。利用控制限区分是否为异常波动和正常波动局部措施、系统措施示意图解决偶然原因的系统措施解决异常原因的局部措施解决异常原因的局部措施UC
16、LLCL局部措施和对系统采取措施局部措施局部措施通常用来消除变差的特通常用来消除变差的特殊原因殊原因通常由与过程直接相关通常由与过程直接相关的人员实施的人员实施大约可纠正大约可纠正15%的过程的过程问题问题对系统采取措施对系统采取措施通常用来消除变差的普通常用来消除变差的普通原因通原因几乎总是要求管理措施,几乎总是要求管理措施,以便纠正以便纠正大约可纠正大约可纠正85%的过程的过程问题问题第一种解释:看下面的正态分布图-3+30.135%0.135%正态分布曲线正态分布有一个结论对质量管理很有用,即无论均值和标准偏差取何值,过程的质量特性落在3之间的概率为99.73%.美国休哈特就是根据这一事
17、实提出控制图的。控制图的演变实际上就是把左图按顺时针旋转90,在上下翻转180.控制图原理的解释+3-3称+3为上控制界限,记为UCL;称3为下控制界限,记为LCL;称为中心线,记为CL这三者称为控制线根据正态分布的结论,在过程保持正常的情况下,点超出上控制界限的概率只有1左右,可能性非常小,可以认为它不发生,如果发生,认为过程中存在异常用数学的语言描述,即根据小概率事件的原理,小概率事件实际上不发生,若发生,则判断为异常在控制图上描点,实质上就是进行统计假设检验:H0:=0H1:0控制界限即为接受域和拒绝域的分界线,点落在上下控制界限之间,表明H0可接受,点落在上限控制界限之外,表明拒绝H0
18、控制图原理的解释(一)第二种解释:我们换个角度再来研究控制图的原理根据来源的不同,影响质量的因素可归结为5M1E;但从对产品质量的影响大小来分,又可以分为偶然原因和异常原因两大类偶然因素是过程固有的,始终存在,短期内对质量影响微小,但难以除去,如机床开动时的轻微振动等;异常原因则非过程固有,有时存在,有时不存在,对质量影响大,但不难除去如车刀磨损等。偶然原因与异常原因引起过程质量的波动,如何发现异常波动的出现呢?经验和理论分析说明,当过程仅存在偶然变动时,过程的质量特性将会形成某种典型的分布(例如:正态分布),如果有异常波动的产生,则过程的分布必定会偏离原有的典型分布因此我们可以通过典型分布是
19、否偏离就能判断是否有异常原因引起的波动,而典型分布的偏离可以有控制图检测。因此,控制图的实质是区分偶然原因和异常原因两类因素控制图原理的解释(二)对过程的管理状态判定过程相应于如下假设验证的问题:(工程的平均:)H0:=0H1:0取出样本计算统计量的值超过 UCL或 LCL 时放弃 H0,否则采纳H0(管理状态)(异常状态)LCLCLUCLHo放弃区域Ho 采纳区域Ho 放弃区域管理状态(因偶然原因的变动)异常状态(因异常原因的变动)-3+3+=0.27%异常状态(因异常原因的变动)控制图的统计原理控制图的两类错误第I类错误:把正常的误断为异常,(虚报异常/冒失者错误/弃真错误)又称生产者风险
20、(风险)第II类错误:把异常的误断为正常:(漏报异常/迷糊错误/取伪错误)又称“使用者风险”(风险)xLCLCLUCL/2/2控制图的两类错误控制界限損失第II种错误第I种错误两种错误的总和134562两种错误之经济平衡点第一种即是当控制过程仍属于管制状态,但卻因随机原因点落于控制制界限外时,为了寻找不存在之问题而导致成本增加第二种即是当过程已失去控制,但数据点由于随机问题仍落于控制界限内,因而误判制程处于管制状态,因而造成更大之損失.控制图的两类错误统计控制状态统计控制状态(稳态),只有偶因而无异因产生的统计控制状态(稳态),只有偶因而无异因产生的变异变异的状态的状态稳态下有几大好处:稳态下
21、有几大好处:1)对产品的质量有完全的把握至少有对产品的质量有完全的把握至少有99.73的产品是合格品的产品是合格品 2)生产也是最经济的,在)生产也是最经济的,在3sigma控制原则下不合格品率只有控制原则下不合格品率只有0.27 3)过程的变异最小)过程的变异最小 4)道道工序稳态为全稳生产线,)道道工序稳态为全稳生产线,SPC所以能够保证实现全过程的预防,依所以能够保证实现全过程的预防,依靠的就是全稳生产线。靠的就是全稳生产线。控制控制状态状态过程过程能力能力(技技术状态术状态)受控受控不受控不受控充分充分1 1类类(理想状态)(理想状态)3 3类类(存在变差的特殊原因)(存在变差的特殊原
22、因)不足不足2 2类类(存在过大的变差的普通原因)存在过大的变差的普通原因)4 4类类(存在变差的普通原因和特殊原因)(存在变差的普通原因和特殊原因)简言之,首先应通过检查并消除变差的异常原因使过程处于受统计控制状态,那么其性能是可预测的,就可评定满足顾客期望的能力。每个过程可以根据其能力和是否受控进行分类统计控制状态控制图种类(依用途来分)分析用控制图决定方针用过程解析用过程能力研究用过程控制准备用n控制用控制图n追查不正常原因n迅速消除此项原因n并且研究采取防止此项原因重复发生之措施。分析用控制图与控制用控制图含义分析用控制图分析用控制图 一道工序开始应用控制图时,几乎总不会恰巧处在稳态,
23、也即总存在异因,一道工序开始应用控制图时,几乎总不会恰巧处在稳态,也即总存在异因,如果就以这样的非稳态下的参数来建立控制图,控制限之间的间隔一定较宽,如果就以这样的非稳态下的参数来建立控制图,控制限之间的间隔一定较宽,以这样的控制图来控制未来,将会导致错误的结论,容易产生第二类错误:以这样的控制图来控制未来,将会导致错误的结论,容易产生第二类错误:漏发警报(漏发警报(alarm missing)。因此,一开始总需要将非稳态的过程调整到)。因此,一开始总需要将非稳态的过程调整到稳态,这就是分析用控制图阶段。稳态,这就是分析用控制图阶段。主要分析两个方面:主要分析两个方面:1)过程是否处于统计控制
24、状态(统计稳态)过程是否处于统计控制状态(统计稳态)2)Cp是否满足要求(技术稳态)是否满足要求(技术稳态)由于由于Cp必须在稳态下计算,故须先将过程调整到统计稳态必须在稳态下计算,故须先将过程调整到统计稳态控制用控制图控制用控制图 当过程达到稳态后,将分析用控制图的控制线延长作为控制用控制图当过程达到稳态后,将分析用控制图的控制线延长作为控制用控制图分析用控制图用全数连续取样的方法获得数据,进而分析过程是否处于受控状态,过程能力是否适宜。利用控制图发现异常,通过分层等方法,找出不稳定原因,采取措施加解决;过程稳态,过程能力适宜,才可将分析用控制图的控制线延长作为控制用控制图控制用控制图按程序
25、规定的取样方法获得数据,通过打点观察,控制异常原因的出现。当点子分布出现异常,说明工序品质不稳定时,找出原因,及时消除异常影响因素,使工序恢复到正常的控制状态。分析用控制图与控制用控制图的主要区别分析用控制图与控制用控制图的主要区别区别点区别点分析用控制图分析用控制图控制用控制图控制用控制图过程以前的状过程以前的状态态未知未知已知已知做图需要子组做图需要子组数数每次每次20-25组组每次一组每次一组控制图的界限控制图的界限需计算需计算延长前控制线延长前控制线使用目的使用目的了解过程了解过程控制过程控制过程使用人员使用人员工艺工艺(PE),QE现场操作和管理人员现场操作和管理人员控制图种类(以数
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