亞碩SPC課程講義

1、統(tǒng)計製程管制（SPC）講師：白昌霖7/29/2022產品品質管理的六個基本觀念沒有兩件事情是完全相像（即使雙胞胎兄弟）產品或製程的變異是可以衡量事情的改變是依據(jù)一定的模式量測同類型的產品大多數(shù)的量測群會集中出現(xiàn)在中央附近產品的製程，會決定其分配的曲線形狀非機遇原因的變異會扭曲常態(tài)分配的傾向7/29/2022統(tǒng)計品管發(fā)展(SQC) 1939年,戴明(Edwards Deming)與休華特(Walter Shewhart)合著一本“由統(tǒng)計出發(fā)的品質管制”(Statistic Method from the Viewpoint of Quality Control),強調品質是製造出來的,而非檢驗出

2、來的,主張將簡單而且單刀直入的統(tǒng)計方法運用在製程之中,才是預防品質滑落的最好方法,並能節(jié)省大量檢驗成本,達成品質的目標。7/29/2022SPC（Statistic Process Control）的功用經由上線前(off line)及製程中(on line)去蒐集資料，透過統(tǒng)計分析或管制圖，加以分析中發(fā)掘製程的異常，並經由問題分析，以找異常原因立即採取改善措施，使製程恢復正常。並透過製程能力解析與標準化，不斷提昇製程能力。7/29/2022統(tǒng)計製程管制SPC 製程設備環(huán)境人員材料生產參數(shù)產品母群體N樣本nnn統(tǒng)計處理feedback1.製程評估2.預測監(jiān)控 採取行動Statistics Pr

3、ocess Control量產試作持續(xù)改善線外Off line線上On line7/29/2022統(tǒng)計名詞定義:品質特性(Quality Characteristic):製程或產品所展現(xiàn)出的結果， (產品工程師or製程工程師設計的目標)計量特性:管理者或工程人員可以進行量化描述，有其客觀的科學的量度與評估來描述或判斷品質特性。屬於物理量、化學量、幾何特性，其資料表現(xiàn)方式為連續(xù)值-連續(xù)型隨機變數(shù)計數(shù)特性:管理者或工程人員較難進行量化描述，僅僅用五官來描述或判斷品質特性。用較為主觀認定辨別好壞、良不良或程度等級，其資料表現(xiàn)方式為非連續(xù)值-離散型隨機變數(shù)製程參數(shù)(條件) (Parameter):構成

4、製程且直接影響製程結果(品質特性 )的條件，Men、Material、Method、Machine、 Environment 7/29/2022規(guī)格(Specification):製程或產品設計者所設定品質特性的範圍或該製程或產品之國家或國際性所規(guī)定的範圍值。品質變異（Variation）:各產品間之差異，來自於製程條件無 法100%的一致性。平均值(Average):群體(or 樣本)量測之之平均值標準差(Standard deviation):衡量產品變異分佈之程度之一種數(shù)據(jù)，定量描述的方法，以表示全距(Range)：表示一群體全部數(shù)據(jù)的組內變動範圍。母體(Population):研究者所

5、考慮的某種特性之全體集合樣本(Sample):母體所選出的一個部份集合抽樣(Sampling):自母體抽出樣本的過程與統(tǒng)計技術7/29/2022-168.2695.451 23 -3 -2u99.73常態(tài)分配u：常態(tài)分配的中 心值-mean：常態(tài)分配的標準差-Standard Deviation2：常態(tài)分配的變異-Variance7/29/2022重要特徵：常態(tài)曲線左右兩尾端和橫軸漸漸接近，但不會相交。以u為中心成對稱分佈。常態(tài)分配有兩個反曲點( Point of Inflection )分別在橫軸的一個標準偏差的位置。由於其左右對稱，曲線與橫軸所圍的面積為1。經驗法則：當分配形態(tài)接近為鐘型分

6、配時在正負一個標準差內約佔全部數(shù)值之68.26%在正負二個標準差內約佔全部數(shù)值之95.45%在正負三個標準差內約佔全部數(shù)值之99.73%7/29/2022變異為使變異的表示簡化，通常分成共同原因的變異（機遇性原因-Chance cause or system cause ），及特殊原因的變異（非機遇性原因-Assignable cause or special cause ）。共同原因：製程中原因，其所造成的分配與時間的關係是穩(wěn)定而可重複、可預測，如製程中之變異僅由一般原因所造成，則稱此製程是在統(tǒng)計的管制狀態(tài)中，因其產品之特性有固定的分配。特殊原因：製程中不常發(fā)生但造成製程的變異，其所造成的分

7、配與時間的關係不穩(wěn)定且無法預期，故稱製程變異是不在統(tǒng)計的管制狀態(tài)下，因其產品之特性沒有固定的分配。7/29/2022時間可預測如果製程中只有共同原因之變異存在，則其成品將形成一個很穩(wěn)定的分佈，而且是可預測結果。7/29/2022難預測如果製程中有特殊原因之變異存在，則其成品將形成不穩(wěn)定的分佈，而且無法預測結果。7/29/2022問題與對策特殊原因的變異可由統(tǒng)計分析（管制圖）發(fā)現(xiàn)，這些變異的原因可由現(xiàn)場人員從4M1E直接改善，一般稱之為局部問題之對策，大約能夠解決15製程之問題；共同原因的變異可由製程能力分析發(fā)現(xiàn)，但改善的工作則須由管理者及技術者共同來改善，一般稱之為系統(tǒng)改善，大約85 是屬於此

8、類。統(tǒng)計製程管制的目的：參數(shù)設計縮小共同變異，提昇Cpk；應用管制圖偵測特殊原因發(fā)生的現(xiàn)象，立即回饋現(xiàn)場進行改善。7/29/20227/29/20227/29/20221.確立製造流程2.決定管制項目3.實施標準化4.製程能力調查6.問題分析與解決5.管制圖的應用 6.問題分析與解決7.製程繼續(xù)管制製程條件變動時特殊原因共同原因7/29/2022 workshop1判斷製程是否良好7/29/2022為了調查SiO2之薄膜製程品質狀態(tài)，因此每天收集5片，量測膜厚結果如下。規(guī)格是u30.500.05,試討論如何表現(xiàn)其製程的品質能力？製程穩(wěn)不穩(wěn)定？ 7/29/2022製程品質調查的方式數(shù)值法 以Ca

9、、Cp、Pp、 Ppk 、Cpk、不 良率表示圖示法 主要以直方圖、管制圖表示7/29/2022Ppk：初期製程能力驗證指標（PROCESS PERFORMANCE INDEX）-6（3）範圍製程的全變異，在不確定的製程狀況下驗證其性能能力。 Ppk製程的變異包括有一般原因及特殊原因所造成。即數(shù)據(jù)來自於短期研究的所有個別量測值直接進行計算。 計算標準差預估s因由個別量測值統(tǒng)計而來,所以製程可為穩(wěn)定或不確定製程,n=30。 Pp=T/6s,7/29/2022製程能力指數(shù)（Cpk）量產後製程能力改善指標（PROCESS CAPABILITY INDEX）。6（3）範圍製程的潛在變異，在統(tǒng)計穩(wěn)定的製

10、程狀況下計算之。 Cpk潛在變異：製程的變異僅有一般原因所造成。統(tǒng)計穩(wěn)定的製程：即數(shù)據(jù)來自於長期研究的管制圖，且特殊的點必須刪除後才計算之。評估由管制圖之分組數(shù)據(jù)而來，且計算標準差預估：估計量R /d 2或S/ C4 7/29/2022何謂製程能力指數(shù)（Cpk）7/29/20227/29/2022製程準確度Ca（Capability of Accuracy）：衡量製程時實績平均值與規(guī)格中心值之一致性規(guī)格公差：T=Su-SL=規(guī)格上限-規(guī)格下限 單邊規(guī)格因沒有規(guī)格中心值,故不能計算CaCa值愈小品質愈佳 ABCD012.52550100維持改善為A立即檢討改善採取緊急措施，必要時停產，全面檢討7

11、/29/2022製程精密度Cp（ Capability of Precision）：衡量規(guī)格公差範圍與製程變異寬度相差程度Cp值愈大品質愈佳00.671.001.331.672.00DCBAA降低成本維持現(xiàn)狀改進為A全檢，改善緊急對策，進行改善，檢討規(guī)格7/29/2022管制圖的由來管制圖是由1924年休華特博士（Dr.W.A.Shewhart），在研究產品品質特性之次數(shù)分配時所發(fā)現(xiàn)。正常的工程所生產出來產品之品質特性，其分配大都成常態(tài)分配，會超出三個標準差（3）的產品只有0.27。依據(jù)此原理，將常態(tài)曲線圖旋轉90度，在三個標準差的位置劃兩條線，將抽樣之數(shù)據(jù)依序點繪而成管制圖。7/29/202

12、2管制圖的功效作業(yè)者運用於製程中管制提供檢討製程狀況的共同語言及時改善的依據(jù)（QIT,QCC）7/29/2022管制圖的分類，管制圖分兩種：計量值管制圖分平均值及全距管制圖、平均值及標準差管制圖、個別值及移動全距管制圖、中位值及全距管制圖計數(shù)值管制圖分百分不良率管制圖、nP不良數(shù)管制圖、C缺點數(shù)管制圖、U單位缺點數(shù)管制圖計量管制圖適用的狀況是：資料是可量測的，且數(shù)據(jù)形式是連續(xù)性的。計數(shù)管制圖則適用於資料大半只能判定為良或不良，數(shù)據(jù)不為連續(xù)量的狀況，一般常用於外觀檢查。管制圖7/29/2022決定管制對象決定管制特性有計量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)取得容易數(shù)據(jù)樣本n10平均值標準差管制圖平均值全距管制圖個別值移動

13、全距管制圖目標為不良數(shù)不良率/不良數(shù)管制圖缺點數(shù)管制圖NNNNYYYY7/29/2022製作管制圖的注意事項：正確選擇管制項目、以免無效管制。訂定合理之管制界限，以免產品或製程條件超出規(guī)格。訂定適當?shù)臋z查間隔，以免造成資源（人力）浪費或者不良品發(fā)生而不知道。對於製程持續(xù)加以監(jiān)控，以期在問題未發(fā)生前進行對策的處理。7/29/2022管制方法與取樣頻率高： 0.5-1hr中：2-4hr低：每班7/29/2022管制圖繪製原則基本資料：製程名稱、管制特性、測定樣本、測定單位、規(guī)格值、設備號碼、操作者、測定者、抽樣方法、樣本數(shù)、期間、製程要因（4M+IE）。中心線（CL）記以實線，管制上限（UCL）及

14、管制下限（LCL）記以虛線，中心線、管制上限、管制下限分別記入其數(shù)值及CL、 UCL、 LCL等符號。UCL與 LCL距離決定座標，使上下限之距離在3040mm，太寬太窄均不適合。7/29/2022平均值與全距管制圖適用製程可用以管制分組之計量數(shù)據(jù)，即每次同時取得幾個數(shù)據(jù)之工程。適把握工程狀態(tài)最有效的一種管制圖 7/29/2022平均值與全距管制圖nA2D4D3d221.8803.26701.12831.0232.57501.69340.7292.28202.05950.5772.11402.32660.4832.00402.53470.4191.9240.0762.70480.3731.86

15、40.1362.84790.3371.8160.1842.970100.3081.7170.2233.078管制界限係數(shù)表ASTM STP-15D7/29/2022先確立製程穩(wěn)定且製程能力足夠選擇量測點：在每一個製程中會有很多量測點，但如何確定量測點是有效的且重要的呢？有以下數(shù)點可供參考：要找出製程中最重要的點，不要使管制圖淪為“日記”?；蛟S該點不易量測，此時可考慮使用代用特性。此點在現(xiàn)在為量測點，但並不表示永遠是量測點。建立步驟7/29/2022規(guī)劃資料圖表格式：在進行管制圖的製作時，一份好的表格應包括之背景資料如下（ASQC所用之表格）：日期品名或零件量測單位操作者其他相關資料7/29/2

16、022繪圖與解析階段Step1.蒐集欲管理項目之數(shù)據(jù)-取100個以上。35個為一組，共分成2034組，測定出每一個樣本值（X）在進行管制圖的製作時，由於需要“連續(xù)取樣”，因此通常一個樣本會包含35個。7/29/2022Step2.依測定時間順序排列數(shù)據(jù)Step3.計算各組平均值（X bar）Step4.計算各組全距（R） RX的最大值（方框） X的最小值（圓框）7/29/2022Step5.計算全部平均值（X double bar） ；計算各組全距的平均值（R bar） 計算出全部數(shù)據(jù)的平均值及平均全距。在本例分別為平均值=0.58，平均全距為=0.13。7/29/2022Step6.查係數(shù)D

17、4 、 D3，計算全距管制界限 先求出全距的管制圖，如此可知“非隨機性變異”是否存在，假使超出則代表有“非隨機性變異”，若不穩(wěn)定則不須檢查平均值是否在監(jiān)控（亦即是否超出管制界限）。此時應著手於製程穩(wěn)定度的改善工作。全距的中心線全距的管制上限為全距的管制下限為7/29/2022全距是否都在管制界限內：7/29/2022Step7.查係數(shù)A2 ，計算平均值管制界限平均值的中心線平均值的管制上限為平均值的管制下限為7/29/2022平均值是否都在管制界限內：7/29/2022Step8.繪製管制界限及中心線，平均值管制圖在上，全距管制圖在下平均值管制圖，CL劃實線，UCL及LCL是虛線全距管制圖，C

18、L劃實線，UCL及LCL是虛線在管制線末端記入CL、UCL、LCL符號及其數(shù)值，較清晰易懂7/29/2022Step9.管制圖點繪 首先找出最大和最小的平均值，在找出最大和最小的全距，以便確定座標的範圍及最小刻度，如此才可將所有資料全部點繪在圖表中。7/29/2022最大平均值=0.63最小平均值=0.54總平均=0.58UCLx=0.652LCLx=0.507最大全距=0.19最小全距=0.07平均全距=0.13UCLR=0.275LCLR=0UCL=0.652CL=0.58LCL=0.507UCL=0.275CL=0.137/29/2022Step10.計算製程準確度Ca值Step11.計算製程精密度Cp值7/29/2022Step12.計算製程能力Cpk值Step13檢討製程能力改善措施管制界限延續(xù)使用7/29/2022workshop2-1平均值與全距管制圖7/29/2022記錄蝕刻後的線寬，其數(shù)據(jù)如下，請繪平均值-全距管制圖（spec=0.2500.01) 7/29/2022在製程中如何運用管制圖假使全距及平均值都在管制界限以內，則可確定沒有“非隨機性誤差