SPC教材(最全最经典).ppt
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1、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过程控制的主要内容过程控制的主要内容l分析影响过程质量的因素,确定主要因素,并分析主要因素的影响分分析影响过程质量的因素,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,实现过程标准化,析、途径和程度,据此明确主要因素的最佳水平,实现过程标准化,确定产品关键的质量特性和影响产品质量的关键过程,建立管理点,确定产
2、品关键的质量特性和影响产品质量的关键过程,建立管理点,编制全面的控制计划和控制文件编制全面的控制计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分析并建立控制标准对过程进行监控和评价对过程进行监控和评价对过程进行维护和改进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,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
3、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,消除过程存在的异常因素,维护通过对过程的管理和分析评价,消除过程存在的异常因素,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过程固有的变异,实现过程质量的不断突破SPC概要说明概要说明u统计过程控制(统计过程控制(Statistical Proce
4、ss control Statistical Process control 简称简称SPCSPC)就是使用诸如控制图等统计技术来分析就是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提高过程能力。这是一种以预统计控制状态从而提高过程能力。这是一种以预防为主的质量控制方法防为主的质量控制方法uSPCSPC主要解决两个基本问题主要解决两个基本问题:一是过程运行状态一是过程运行状态是否稳定;二是过程能力是否充足。前者可以利是否稳定;二是过程能力是否充足。前者可以利用控制图这种统计工具进行测定,后者可通过过用控制图这
5、种统计工具进行测定,后者可通过过程能力分析来实现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 非常重视产品生产的过程与系统,因为只有稳定而一贯非常重视产品生产的过程与系统,因为只有稳定而一贯 的过程与系统,才能保证长期做出合格的产品,然而,如的过程与系统,才能保证长期做出合格的产品,然而,如何检核次一贯过程与系统仍然稳定的存在呢?这又必须昂何检核次一贯过程与系统仍然稳定的存在呢?这又必须昂赖赖SPCSPC来发挥功能来发挥功能SPC概要说明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,基
6、于上述两点主客观的因素,因此,对制程业者而言,SPC已成为影响生存及成败的关键制度了已成为影响生存及成败的关键制度了SPC设想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
7、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常用统计量的计算方式常用统计量的计算方式 =XNiiN1x =xnii=1n极差值极差值(R):minmaxxxR总体平均值(总体中心值):总体平均值(总体中心值):样本均值(样本中心值):样本均值(样本中心值):样本中位数样本中位数 Me (从小到(从小到大有序样本)大有序样本) MeX(n1)/2 ,当n为奇数时Me (Xn/2+X(
8、n/2+1) ) /2,当n为偶数时 =( Xi-)2i = 1NN总体的标准偏差总体的标准偏差 = S =( Xi- X )2i = 1nn - 1样本的标准偏差样本的标准偏差让我们练习让我们练习 . . .SPC常用统计量的计算方式常用统计量的计算方式Rs= Xi-Xi-1 (i=2,3,K)移动极差值移动极差值例子例子课堂例子 :计算均方差和标准偏差(标准偏差(2,6,4)计算中心值,均方差和标准偏差计算中心值,均方差和标准偏差x = xn ii=1ns 2 = n( Xi- X )2i = 1n - 1 s =( Xi- X )2i = 1nn - 1 平均值平均值 均方差均方差 标准
9、偏差标准偏差均方差 (s2) = 8 / (3 - 1) = 4标准偏差(s) = 平方根(4) = 2ixi(xi-4)(xi-4)21 2-242 6 243 4 00总和12 08正态分布的特点:正态分布的特点: 1. 1. 形态如钟,左右对称,对称于分布中心形态如钟,左右对称,对称于分布中心 2. 2. 于平均值处分布的频数最多,此外,越远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;离平均值,分布的频数也越少; 3. 3. 曲线下的面积为曲线下的面积为1 1,曲线与,曲线与x x 1 1 所围所围成的面积为成的面积为 0.68250.6825, 2 2 (0.95
10、450.9545)为何要研究正态分布为何要研究正态分布? ?1. 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;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. 2. 它是我们进行统计分析的基础;它是我们进行统计分析的基础; 3. 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。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。43210- 1- 2- 3- 4正态分布的要素:正态分布的要素: 1. 1. 平均值:决定正态分布曲线的中心位置;平均值:决定正态分布曲线的中心位置; 2. 2. 标准偏
11、差:决定正态分布曲线的标准偏差:决定正态分布曲线的 “ “宽宽窄窄”. .正态分布正态分布正态分布概率正态分布概率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%95.5%95.5%43210- 1- 2- 3- 468.3%68.3%99.73%99.73%1212121221=0.41= 0.81过程过程A过程过程B过程过程 C =标准偏差标准偏差过程表现如何?过程表现如何?什么是最佳的过程?什么是最佳的过程?什么是最差的过程?什么
12、是最差的过程?你是否想知道,为什么?你是否想知道,为什么?=0.04中心极限定理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,其均值不变仍仍为正态分布,其均值不变仍为为,方差,方差2都存在都存在,样本均值样本均值 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
13、随机变量,其共同分布不为正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,样本均值相当大时,样本均值 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是一个随机变量)服从或近似服从正态分布 波动波动(变异)(变异)的概念是指在现实生活中没有两件东西的概念是指在现实生活中没有两件东西是完全一样的。生产实践证明,无论用多么精密的设备和工是完全一样的。生产实践证明,无论用多么精密的设备
14、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:的质量特性(如:重量、尺寸等重量、尺寸等)总是有差异,这种差异称)总是有差异,这种差异称为为波动波动,公差制度实际上就是对这个事实的客观承认。,公差制度实际上就是对这个事实的客观承认。正常波动:是由正常波动:是由偶然偶然( (普通普通) )原因原因造成的造成的异常波动:是由异常波动:是由异常异常( (特殊特殊) )原因原因造成的造成的偶然原因和异常原因偶然原因和异常原因
15、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定系统的,普通原因表现为一个稳定系统的偶然原因偶然原因, , 只有变差的普通原因存在且不改变时,过程的输出才可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
16、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
17、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偶然原因异常原因异常原因偶然原因和异常原因偶然原因和异常原因目标值线目标值线预测预测时间时间范围范围范围范围时间时间目标值线目标值线如果仅存在变差的偶然原因,如果仅存在变差的偶然原因,随着时间的推移,过程的输出随着时间的推移,过程的输出形成一个稳定的分布并可预测形成一个稳定的分布并可预测如果存在变差的异常原因,如果存在变差的异常原因,随着时间的推移,过程的随着时间的推移,过程的输出不稳定输出不稳定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 控制图是控制图是SPC的核心工具,由美国的核心工具,由美
18、国休哈特休哈特博士于博士于1924年首创,后来由戴年首创,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平什么是控制图什么是控制图? 控制图是对过程质量加以测量、记录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(计的图图中有中心线(CL)、上控制、上控制界限(界限(USL)、下控制界限(、下控制界限(LSL)
19、,并,并有按照时间顺序抽取样本统计量数值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描点序列。用来监控异常原因引起的波动。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UCLCLLCL时间或样本号控控 制制 图图控制图的目的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
20、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。利用控制限利用控制限区分区分是否是否为异常波动为异常波动和正常波动和正常波动局部措施、系统措施示意图局部措施、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UCLLCL局部措施和对系统采取措施局部措施和对系统采取措施局部措施局部措施n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n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n大约可纠正大约可纠正15%的过程的
21、过程问题问题对系统采取措施对系统采取措施n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n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n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: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.+3-3称称+3为上控制界限,记为为上控制界限,记为UCL;称称3为下控制界限,记为为下控制界限
22、,记为LCL; 称称为中心线,记为为中心线,记为CL这三者称为控制这三者称为控制线线根据正态分布的结论,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 左右左右,可能,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,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:在控制图上描点,实质上
23、就是进行统计假设检验:H0: = 0 H1: 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,点落在上限可接受,点落在上限控制界限之外,表明拒绝控制界限之外,表明拒绝H0第二种解释第二种解释:我们换个角度再来研究控制图的原理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;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,又可以分为偶然原因和异常原因两
24、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;如机床开动时的轻微振动等;异常原因异常原因则非过程固则非过程固有,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。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:
25、正态分布),如果有异常波动的产生,则过程的分布种典型的分布(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否偏离就能判断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。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因此,控制图的实质是区分偶然原因和异常原因两类因素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: )H H0 0 : : = = 0 0H H1 1 : : 0 0取出样
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