質(zhì)量管理中的統(tǒng)計技術(shù)與方法.ppt

現(xiàn)代質(zhì)量管理 與 統(tǒng)計分析,新生研討課,6 質(zhì)量管理中 的 統(tǒng)計技術(shù)與方法,6.4 質(zhì)量管理的數(shù)理統(tǒng)計方法 1) 工序質(zhì)量控制方法 2) 質(zhì)量管制圖(SPC),（數(shù)理）統(tǒng)計方法包括,參考資料 試驗（實驗）設(shè)計 方差分析 回歸分析 假設(shè)檢驗 抽樣檢驗見 1. 費鶴良教授講座材料 2. 肖詩唐，王毓芳，郝風主編，質(zhì)量檢驗試驗與統(tǒng)計技術(shù)，中國計量出版社，2001 質(zhì)量過程控制(圖) 周紀薌，茆詩松，質(zhì)量管理統(tǒng)計方法，中國統(tǒng)計出版社，1999,質(zhì)量控制圖簡介,現(xiàn)代質(zhì)量管理強調(diào)以預防為主。要求在質(zhì)量形成的整個生產(chǎn)過程中，盡量少出或不出不合格品，這就需要研究兩個問題： 1. 如何使生產(chǎn)過程具有保證不出不合格品的能力； 2. 如何把這種保證不出不合格品的能力保持下去，一旦這種保證質(zhì)量的能力不能維持下去，應能盡早發(fā)現(xiàn)，及時得到情報，查明原因，采取措施，使這種保證質(zhì)量的能力繼續(xù)穩(wěn)定下來，保持下去，真正做到防患于未然。 前一個問題一般稱為生產(chǎn)過程中的工序能力分析，后一個問題一般稱為生產(chǎn)過程的控制。這兩個問題都與控制圖有著密切的聯(lián)系。,控制圖是畫有控制界限的一種圖。它是用來區(qū)分質(zhì)量波動究竟是偶然原因引起的還是由于系統(tǒng)原因引起的，可以提供系統(tǒng)原因存在的信息，從而判斷生產(chǎn)過程是否處于穩(wěn)定狀態(tài)的圖。從這個意義上講，控制圖是發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)原因的“信號圖”、“溫度計”。,控制圖的主要用途： 分析質(zhì)量形成過程的狀態(tài)，看工序或質(zhì)量形成過程是否處于穩(wěn)定。如不穩(wěn)定，應找出其原因，采取措施，控制4M1E，使工序或過程達到穩(wěn)定。 預防不良品的產(chǎn)生等。,質(zhì)量波動及其原因分析,1質(zhì)量特性值的波動性 某個工人，用同一批原材料在同一臺機器設(shè)備上所生產(chǎn)出來的同一種零件，其質(zhì)量特性值不會完全一樣。這就是我們常說的產(chǎn)品質(zhì)量特性值有波動（或稱分散、差異）的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象反映了產(chǎn)品質(zhì)量具有“波動性”這個特點。,2引起質(zhì)量波動的4M1E 造成產(chǎn)品質(zhì)量的波動的原因主要有五個方面： 人(Man) : 操作者對質(zhì)量的認識、技術(shù)熟練程度、身體狀況等； 機器(Machine): 機器設(shè)備、工夾具的精度和維護保養(yǎng)狀況等； 材料(Material): 材料的成分、物理性能和化學性能等； 方法(Method): 這里包括加工工藝、工裝選擇、操作規(guī)程、測量方法等； 環(huán)境(Enviromen): 工作地的溫度、濕度、照明和清潔條件等；,3偶然性原因和系統(tǒng)性原因 （l）偶然性原因 : 偶然性原因是不可避免的原因，一定程度上又可以說是正常原因。如原材料性能、成分的微小差異，機床的輕微振動，刀具承受壓力的微小差異，切削用量、潤滑油、冷卻液及周圍環(huán)境的微小變化，刀具的正常磨損，夾具的微小松動，工藝系統(tǒng)的彈性變形，工人操作中的微小變化，測試手段的微小誤差，檢查員讀值的微小差異等等。 一般來說，這類影響因素很多，不易識別，其大小和作用方向都不固定，也難以確定。它們對質(zhì)量特性值波動的影響較小，使質(zhì)量特性值的波動呈現(xiàn)典型的分布規(guī)律。,（2）系統(tǒng)性原因 系統(tǒng)性原因在生產(chǎn)過程中少量存在的，并且對產(chǎn)品質(zhì)量不經(jīng)常起作用的影響因素。 一旦在生產(chǎn)過程中存在這類因素，就必然使產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生顯著的變化。 這類因素有工人不遵守操作規(guī)程或操作規(guī)程有重大缺點，工人過度疲勞，原材料規(guī)格不符，材質(zhì)不對，機床振動過大，刀具過度磨損或損壞，夾具嚴重松動，刀具的安裝和調(diào)整不當，定位基準改變，馬達運轉(zhuǎn)異常，潤滑油牌號不對，使用未經(jīng)檢定過的測量工具，測試錯誤，測量讀值帶一種偏向等等。 一般來說，這類影響因素較少，容易識別，其大小和作用方向在一定的時間和范圍內(nèi)，表現(xiàn)為一定的或周期性的或傾向性的有規(guī)律的變化。,隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高，相應地也能制造出更精密的零部件和產(chǎn)品。過去無法控制和管理的偶然性因素，可以通過精密的機器設(shè)備和測試手段來進行控制和管理，保證產(chǎn)品高質(zhì)量的要求。另外也應該看到，這兩類原因在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的，因此，它們的區(qū)別是相對的。關(guān)鍵問題是我們要加強對它們尤其是系統(tǒng)性原因的預測和控制。,工序質(zhì)量控制方法,1. 工序質(zhì)量 產(chǎn)品可分割的工序產(chǎn)品質(zhì)量特性（尺寸、強度等） 產(chǎn)品不可分割的工序工藝質(zhì)量特性（溫度、濃度等） 屬于制造質(zhì)量的范疇 優(yōu)劣判斷：符合性質(zhì)量,2. 工序能力 工序能力是指工序在一定時間內(nèi)處于統(tǒng)計控制狀態(tài)下的實際加工能力。工序能力又叫過程能力，在機械加工業(yè)中又叫加工精度。 對于任何生產(chǎn)過程，產(chǎn)品質(zhì)量特性值總是分散的，如果工序能力越高，產(chǎn)品質(zhì)量特性值的分散就越??；反之，如果工序能力越低，產(chǎn)品質(zhì)量特性值的分散就越大。 那么應當用一個什么樣的量來描述加工過程造成的總分散呢？一般都用6倍的標準偏差，即6來描述。,當生產(chǎn)過程處于控制狀態(tài)時，在3范圍內(nèi)產(chǎn)品占了整個產(chǎn)品的99.73%，即基本包括了所有的產(chǎn)品。當然，范圍取得更大一些，比如取4，可包括整個產(chǎn)品的99.994；取5，可包括整個產(chǎn)品的99.999 4%；6則控制的合格產(chǎn)品達99.999 97%即達到3.410-6水平，以接近零缺陷的水平。 對大多數(shù)日常產(chǎn)品來說，工序能力（p）達到6(即3)則基本可以滿足需要了。,3. 工序能力指數(shù) 工序能力是描述質(zhì)量形成過程客觀存在著分散的一個參數(shù)。此外，還要引進另一個參數(shù)來反映工序能力滿足產(chǎn)品質(zhì)量標準（規(guī)格、公差等）的程度，這個參數(shù)就叫做工序能力指數(shù)，一般記為Cp。它是技術(shù)要求和工序能力的比值，即： Cp技術(shù)要求工序能力,無偏時雙向公差工序能力指數(shù),上圖是一種比較理想的情況，分布中心（）與公差中心（M）重合可用下面的公司來計算工序能力指數(shù)： (1) 其中：T公差范圍 TU上偏差（公差上限） TL下偏差（公差下限） 總體的標準偏差, 為其估計,當分布中心與公差中心M偏離一段距離后（見下圖），用公式(1)算出來的工序能力指數(shù)Cp以不能反映這時的生產(chǎn)能力實際情況。 為了保持這道工序原來的加工能力，必須用一個考慮了偏離量的新的工序能力指數(shù)Cpk來評價工序能力。,過程有偏時雙向公差過程能力指數(shù),(2) 其中：Cpk考慮偏離度的工序能力指數(shù) 平均偏離度（簡稱偏離度）， 它是平均值偏離量與公差的一半的比值，即, 平均值的偏離量（簡稱偏離量）,當分布中心向公差上限偏離時： 當分布中心向公差下限偏離時： Cp（或Cpk）計算出來后，則可依據(jù)下表及分析用控制圖判定工序（過程）是否處于受控狀態(tài)。,單項公差過程能力指數(shù),工序能力判定表,過程能力評價和分析,Cp與 Cpk 的比較,無偏情況下的Cp表示過程加工的一致性，即“質(zhì)量能力”， Cp越大，則質(zhì)量特性值的分布“越苗條”，質(zhì)量能力越強； 有偏情況的Cpk表示過程中心與公差中心M 偏移情況下的過程能力指數(shù)， Cpk越大，則二者偏離越小，也即過程分布中心對規(guī)范中心越“瞄準”，是過程的“質(zhì)量能力”與“管理能力”二者綜合的結(jié)果。,1. 無偏時Cp和不合格率p的關(guān)系: 設(shè)pU=pL分別為超出規(guī)范上、下界限的不合格率 ，于是總的不合格率： 故,過程能力指數(shù)和不合格率的關(guān)系,2.有偏移過程能力指數(shù)Cpk、偏移度K和不合格率p之間的關(guān)系: 當分布中心向規(guī)格上限TU 偏移時(見上圖),同理，可得,于是總不合品率 當K較大時， PL接近于零，可略去，故 當分布中心向規(guī)范上限TL偏移時,結(jié)論同上。請予以證明,某絕緣材料廠生產(chǎn)的TJ1731聚酯扁線漆，規(guī)定其擊穿電壓下限標準為1000V。今從該生產(chǎn)工序抽取n=71的樣本進行研究，測得樣本均值x=7.2kV，樣本標準偏差S =1.5kV。求該工序的工序能力指數(shù)為多少？總體不合格率為多少？ 解：CpL=(-TL)/3=(7.2-1.0)/(31.5)1.37 p=pL=1-(3CpL)=1-(31.37)=1-(4.11) =1-0.99998 =0.00002=0.002% 這說明: CP1.33（見下表），不合格品率只有0.002%，工序質(zhì)量是受控制的。,例,質(zhì)量管理與控制圖,控制圖是判斷和預報生產(chǎn)過程中質(zhì)量狀況是否發(fā)生波動的一種有效方法。例如： 美國某電氣公司的一個工廠有3千人，制定了5千張控制圖； 美國柯達彩卷公司有5千人,制定控制圖有3萬5千張，平均每人7張。 我國某飛機制造廠中的先進質(zhì)量體系(AQS)中，要求一些工序必須作控制圖。,控制圖的基本思想,把要控制的質(zhì)量特性值用點子描在圖上,若點子全部落在上、下控制界限內(nèi),且沒有什么異常狀況時,就可判斷生產(chǎn)過程是處于控制狀態(tài)。否則，就應根據(jù)異常情況查明并設(shè)法排除。通常，點子越過控制線就是報警的一種方式。 控制圖作為一種管理圖，在工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)所要控制的質(zhì)量指標的情況和數(shù)據(jù)性質(zhì)分別加以選擇。,控制圖的起源與發(fā)展,1924年修哈特（Walter A. Shewhart）博士在貝爾實驗室發(fā)明了控制圖。 1939年修哈特與戴明合作寫了品質(zhì)觀點的統(tǒng)計方法專著。 二戰(zhàn)后英美兩國將品質(zhì)控制圖方法引入制造業(yè)并應用于生產(chǎn)過程。 美國汽車制造商對SPC很重視，使SPC圖得以廣泛應用。,SPC的作用,1、確保制程持續(xù)穩(wěn)定、可預測。 2、提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力、降低成本。 3、為制程分析提供依據(jù)。 4、區(qū)分變差的特殊原因和普通原因，作為采取局部措施或?qū)ο到y(tǒng)采取措施的指南。,控制圖的基本格式,UCL,CL,LCL,子樣號,重量特性數(shù)據(jù),中心線CL(Central Line)用細實線表示； 上控制界限UCL(Upper Cortrol Limit)用虛線表示； 下控制界限LCL(Lower Control Limit)用虛線表示。,說明: 控制圖有兩個坐標: 縱坐標表示質(zhì)量特性值，橫坐標表示樣本號或時間。 控制圖一般都有三條橫向線條：二條虛線，一條實線。上、下兩條虛線稱為上、下控制界限，分別用符號UCL和LCL表示。中間的實線叫中心線，用符號CL表示。上、下控制界限的值為中心線3倍標準差。 在生產(chǎn)過程中，定期抽取樣本，測量各樣本的質(zhì)量特性值，并將測得的數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計計算點到圖上，根據(jù)這些點子是否超出控制界限，以及點子排列有無異常狀況，來判斷生產(chǎn)過程是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。,38,16500,17000,17500,16000,18000,UCL=18106,LCL=16191,Mean=17149,圖中： UCL= 上控制限； Mean=均值 LCL= 下控制限,例,控制圖的基本概念,使用控制圖進行過程控制的步驟,數(shù)據(jù)收集并將數(shù)據(jù)畫在控制圖上。 實施控制。 將數(shù)據(jù)畫在控制圖上并計算控制界限； 注意控制界限與規(guī)格界限的區(qū)別。 比較控制界限與畫好的數(shù)據(jù)。 判斷該過程是否存在變異的特殊原因。如果存在,則進行分析和改善，再對改善后的過程重新進行收集數(shù)據(jù)和控制。,分析 當有存在特殊原因時，過程處于統(tǒng)計過程控制狀態(tài)，時，這時可繼續(xù)使用控制圖作為控制工具，并計算過程能力指數(shù)，通過分析過程能力，以量化過程滿足要求的程度； 改善 在分析過程中如發(fā)現(xiàn)過程能力過低，即過程合格率過低，說明過程中存在的普通原因引起的變異過大，則需確定改善措施減少普通原因引起的變異，提升過程能力。,控制圖的控制原理,3 sigma 原理 在各類過程中，其特性數(shù)據(jù)往往服從正態(tài)分布，則測量數(shù)據(jù)落在（u3 ; u+3 )概率為99.73%，落在（u3 ; u+3 )外的概率為0.0027. 通常認為可能的測量數(shù)據(jù)落在（u3 ; u+3 ), 這就是3原理。 小概率事件在抽樣檢驗中不發(fā)生原理. 一旦有觀測數(shù)據(jù)落在（u3 ; u+3 )之外，就認為過程不正常。,1、按用途分： a)分析用控制圖； b)控制用控制圖。 2、按其控制對象的數(shù)據(jù)類別分，控制圖可分為： a)計量值數(shù)據(jù)控制圖； b)計數(shù)值數(shù)據(jù)控制圖；,控制圖的分類,控制對象的數(shù)據(jù)類別為連續(xù)型數(shù)據(jù)，如長度、重量、壓力、時間、溫度等： 計量值控制圖主要有 均值-標準差控制圖（ 圖） 均值-極差控制圖（ 圖） 中位值-極差控制圖（ 圖） 單值-移動極差控制圖（xRS圖）,計量值控制圖,控制對象的數(shù)據(jù)類別為離散型數(shù)據(jù)，如不良率、不合格率、缺陷數(shù)： 計數(shù)值控制圖主要有 計件的不合格品數(shù)控制圖（pn圖） 計件的不合格品率控制圖（p圖） 計點的缺陷數(shù)控制圖（c圖） 計點的單位缺陷數(shù)控制圖（u圖） 參考文獻: 周紀薌，茆詩松，質(zhì)量管理統(tǒng)計方法，第三章。,計數(shù)值控制圖,控制圖選用流程,根據(jù)所要控制的質(zhì)量特性和數(shù)據(jù)的種類、條件等，按圖中得箭頭方向便可作出正確的選用。,說明,計量值控制圖一般適用于以計量值為控制對象的場合。 計量值控制圖對工序中存在的系統(tǒng)性原因反應敏感，所以具有及時查明并消除異常的明顯作用，其效果比計數(shù)值控制圖顯著。計量值控制圖經(jīng)常用來預防、分析和控制工序加工質(zhì)量，特別是幾種控制圖的聯(lián)合使用。,計數(shù)值控制圖則用于以計數(shù)值為控制對象的場合。離散型的數(shù)值，比如，一個產(chǎn)品批的不合格品件數(shù)。雖然其取值范圍是確定的，但取值具有隨機性，只有在檢驗之后才能確定下來。 計數(shù)值控制圖的作用與計量值控制圖類似，其目的也是為了分析和控制生產(chǎn)工序的穩(wěn)定性，預防不合格品的發(fā)生，保證產(chǎn)品質(zhì)量。,2分析用控制圖和管理用控制圖 按用途把控制圖分為分析用控制圖和管理用控制圖。 分析用控制圖主要用于調(diào)查工序過程是否處于統(tǒng)計控制狀態(tài)，一般應取2025組樣本數(shù)據(jù)。 根據(jù)畫出的分析用控制圖判斷生產(chǎn)過程處于統(tǒng)計控制狀態(tài)的準則： 連續(xù)25個點在控制界限內(nèi)而且點排列沒有缺陷； 連續(xù)35個點中最多有1個點在控制界限以外，其它點在控制界限內(nèi)排列沒有缺陷； 連續(xù)100個點中最多有2個點在控制界限以外，其它點在控制界限內(nèi)排列沒有缺陷。,管理用控制圖主要用來管理工序使之經(jīng)常保持在統(tǒng)計控制狀態(tài)下。 當根據(jù)分析用控制圖判明生產(chǎn)過程已處于控制狀態(tài)時，一般都是把分析用控制圖的控制界限延長作為管理用控制圖的控制界限。管理用控制圖的控制界限一般用點劃線畫出。,判斷與實施: 在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，定期地從過程中抽取一組樣本，計算出統(tǒng)計量并在控制圖上畫點，然后，以管理用控制圖的控制界限為基準，觀察點有無超出控制界限或有無排列異常的情況，這就是進行工序管理。一旦有點越出界限，或是點雖未越出界限但排列有缺陷，那就應當查明工序發(fā)生異常的原因，采取有效措施，予以消除，并將措施標準化，納入工作標準，使該異常因素不再重現(xiàn)。只要這樣做下去，工序就會始終保持控制狀態(tài)，真正發(fā)揮了控制圖的過程管理作用。,3通用控制圖和累積和圖 一般常用的控制圖稱為通用控制圖，通常也是標準化控制圖。如： GB6381 通用控制圖 GB4091.2 均值-標準差控制圖 GB4091.3 均值-極差控制圖 GB4091.4 中位值-極差控制圖 GB4091.5 單值-移動極差控制圖 GB4091.6 不合格品率控制圖 GB4091.7 不合格品數(shù)控制圖 GB4091.8 單位缺陷數(shù)控制圖 GB4091.9 缺陷數(shù)控制圖等,累積和圖是一種建立在累積和理論基礎(chǔ)上的控制圖，是在20世紀60年代后對休哈特提出的上述常用控制圖進行的改進。 累積和圖分為計數(shù)型累積和圖和計量型累積和圖，計數(shù)型累積和圖主要運用于監(jiān)控連續(xù)生產(chǎn)過程的工序質(zhì)量，又通過逐次抽樣的樣本中檢查出的不合格品數(shù)或缺陷數(shù)，再對其目標值下偏差的累積和判定生產(chǎn)過程是否出現(xiàn)異常。這種控