質(zhì)量管理中的統(tǒng)計(jì)技術(shù)與方法.ppt

現(xiàn)代質(zhì)量管理 與 統(tǒng)計(jì)分析,新生研討課,6 質(zhì)量管理中 的 統(tǒng)計(jì)技術(shù)與方法,6.4 質(zhì)量管理的數(shù)理統(tǒng)計(jì)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(jì)方法包括,參考資料 試驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)）設(shè)計(jì) 方差分析 回歸分析 假設(shè)檢驗(yàn) 抽樣檢驗(yàn)見 1. 費(fèi)鶴良教授講座材料 2. 肖詩(shī)唐，王毓芳，郝風(fēng)主編，質(zhì)量檢驗(yàn)試驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)技術(shù)，中國(guó)計(jì)量出版社，2001 質(zhì)量過(guò)程控制(圖) 周紀(jì)薌，茆詩(shī)松，質(zhì)量管理統(tǒng)計(jì)方法，中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，1999,質(zhì)量控制圖簡(jiǎn)介,現(xiàn)代質(zhì)量管理強(qiáng)調(diào)以預(yù)防為主。要求在質(zhì)量形成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，盡量少出或不出不合格品，這就需要研究?jī)蓚€(gè)問題： 1. 如何使生產(chǎn)過(guò)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(yīng)能盡早發(fā)現(xiàn)，及時(shí)得到情報(bào)，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(lái)，保持下去，真正做到防患于未然。 前一個(gè)問題一般稱為生產(chǎn)過(guò)程中的工序能力分析，后一個(gè)問題一般稱為生產(chǎn)過(guò)程的控制。這兩個(gè)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(lái)區(qū)分質(zhì)量波動(dòng)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(guò)程是否處于穩(wěn)定狀態(tài)的圖。從這個(gè)意義上講，控制圖是發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)原因的“信號(hào)圖”、“溫度計(jì)”。,控制圖的主要用途： 分析質(zhì)量形成過(guò)程的狀態(tài)，看工序或質(zhì)量形成過(guò)程是否處于穩(wěn)定。如不穩(wěn)定，應(yīng)找出其原因，采取措施，控制4M1E，使工序或過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定。 預(yù)防不良品的產(chǎn)生等。,質(zhì)量波動(dòng)及其原因分析,1質(zhì)量特性值的波動(dòng)性 某個(gè)工人，用同一批原材料在同一臺(tái)機(jī)器設(shè)備上所生產(chǎn)出來(lái)的同一種零件，其質(zhì)量特性值不會(huì)完全一樣。這就是我們常說(shuō)的產(chǎn)品質(zhì)量特性值有波動(dòng)（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(dòng)性”這個(gè)特點(diǎn)。,2引起質(zhì)量波動(dòng)的4M1E 造成產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)的原因主要有五個(gè)方面： 人(Man) : 操作者對(duì)質(zhì)量的認(rèn)識(shí)、技術(shù)熟練程度、身體狀況等； 機(jī)器(Machine): 機(jī)器設(shè)備、工夾具的精度和維護(hù)保養(yǎng)狀況等； 材料(Material): 材料的成分、物理性能和化學(xué)性能等； 方法(Method): 這里包括加工工藝、工裝選擇、操作規(guī)程、測(cè)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(shuō)是正常原因。如原材料性能、成分的微小差異，機(jī)床的輕微振動(dòng)，刀具承受壓力的微小差異，切削用量、潤(rùn)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(dòng)，工藝系統(tǒng)的彈性變形，工人操作中的微小變化，測(cè)試手段的微小誤差，檢查員讀值的微小差異等等。 一般來(lái)說(shuō)，這類影響因素很多，不易識(shí)別，其大小和作用方向都不固定，也難以確定。它們對(duì)質(zhì)量特性值波動(dòng)的影響較小，使質(zhì)量特性值的波動(dòng)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(guò)程中少量存在的，并且對(duì)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(guò)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(diǎn)，工人過(guò)度疲勞，原材料規(guī)格不符，材質(zhì)不對(duì)，機(jī)床振動(dòng)過(guò)大，刀具過(guò)度磨損或損壞，夾具嚴(yán)重松動(dòng)，刀具的安裝和調(diào)整不當(dāng)，定位基準(zhǔn)改變，馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)異常，潤(rùn)滑油牌號(hào)不對(duì)，使用未經(jīng)檢定過(guò)的測(cè)量工具，測(cè)試錯(cuò)誤，測(cè)量讀值帶一種偏向等等。 一般來(lái)說(shuō)，這類影響因素較少，容易識(shí)別，其大小和作用方向在一定的時(shí)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，相應(yīng)地也能制造出更精密的零部件和產(chǎn)品。過(guò)去無(wú)法控制和管理的偶然性因素，可以通過(guò)精密的機(jī)器設(shè)備和測(cè)試手段來(lái)進(jìn)行控制和管理，保證產(chǎn)品高質(zhì)量的要求。另外也應(yīng)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(duì)的。關(guān)鍵問題是我們要加強(qiáng)對(duì)它們尤其是系統(tǒng)性原因的預(yù)測(cè)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(qiáng)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(shí)間內(nèi)處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下的實(shí)際加工能力。工序能力又叫過(guò)程能力，在機(jī)械加工業(yè)中又叫加工精度。 對(duì)于任何生產(chǎn)過(guò)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(yīng)當(dāng)用一個(gè)什么樣的量來(lái)描述加工過(guò)程造成的總分散呢？一般都用6倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差，即6來(lái)描述。,當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程處于控制狀態(tài)時(shí)，在3范圍內(nèi)產(chǎn)品占了整個(gè)產(chǎn)品的99.73%，即基本包括了所有的產(chǎn)品。當(dāng)然，范圍取得更大一些，比如取4，可包括整個(gè)產(chǎn)品的99.994；取5，可包括整個(gè)產(chǎn)品的99.999 4%；6則控制的合格產(chǎn)品達(dá)99.999 97%即達(dá)到3.410-6水平，以接近零缺陷的水平。 對(duì)大多數(shù)日常產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，工序能力（p）達(dá)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(guò)程客觀存在著分散的一個(gè)參數(shù)。此外，還要引進(jìn)另一個(gè)參數(shù)來(lái)反映工序能力滿足產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)格、公差等）的程度，這個(gè)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(wú)偏時(shí)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(lái)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)偏差, 為其估計(jì),當(dāng)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(lái)的工序能力指數(shù)Cp以不能反映這時(shí)的生產(chǎn)能力實(shí)際情況。 為了保持這道工序原來(lái)的加工能力，必須用一個(gè)考慮了偏離量的新的工序能力指數(shù)Cpk來(lái)評(píng)價(jià)工序能力。,過(guò)程有偏時(shí)雙向公差過(guò)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(jiǎn)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(jiǎn)稱偏離量）,當(dāng)分布中心向公差上限偏離時(shí)： 當(dāng)分布中心向公差下限偏離時(shí)： Cp（或Cpk）計(jì)算出來(lái)后，則可依據(jù)下表及分析用控制圖判定工序（過(guò)程）是否處于受控狀態(tài)。,單項(xiàng)公差過(guò)程能力指數(shù),工序能力判定表,過(guò)程能力評(píng)價(jià)和分析,Cp與 Cpk 的比較,無(wú)偏情況下的Cp表示過(guò)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(qiáng)； 有偏情況的Cpk表示過(guò)程中心與公差中心M 偏移情況下的過(guò)程能力指數(shù)， Cpk越大，則二者偏離越小，也即過(guò)程分布中心對(duì)規(guī)范中心越“瞄準(zhǔn)”，是過(guò)程的“質(zhì)量能力”與“管理能力”二者綜合的結(jié)果。,1. 無(wú)偏時(shí)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(guò)程能力指數(shù)和不合格率的關(guān)系,2.有偏移過(guò)程能力指數(shù)Cpk、偏移度K和不合格率p之間的關(guān)系: 當(dāng)分布中心向規(guī)格上限TU 偏移時(shí)(見上圖),同理，可得,于是總不合品率 當(dāng)K較大時(shí)， PL接近于零，可略去，故 當(dāng)分布中心向規(guī)范上限TL偏移時(shí),結(jié)論同上。請(qǐng)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(biāo)準(zhǔn)為1000V。今從該生產(chǎn)工序抽取n=71的樣本進(jìn)行研究，測(cè)得樣本均值x=7.2kV，樣本標(biāo)準(zhǔn)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(shuō)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(yù)報(bào)生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量狀況是否發(fā)生波動(dòng)的一種有效方法。例如： 美國(guó)某電氣公司的一個(gè)工廠有3千人，制定了5千張控制圖； 美國(guó)柯達(dá)彩卷公司有5千人,制定控制圖有3萬(wàn)5千張，平均每人7張。 我國(guó)某飛機(jī)制造廠中的先進(jìn)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(diǎn)子描在圖上,若點(diǎn)子全部落在上、下控制界限內(nèi),且沒有什么異常狀況時(shí),就可判斷生產(chǎn)過(guò)程是處于控制狀態(tài)。否則，就應(yīng)根據(jù)異常情況查明并設(shè)法排除。通常，點(diǎn)子越過(guò)控制線就是報(bào)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(biāo)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)的統(tǒng)計(jì)方法專著。 二戰(zhàn)后英美兩國(guó)將品質(zhì)控制圖方法引入制造業(yè)并應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程。 美國(guó)汽車制造商對(duì)SPC很重視，使SPC圖得以廣泛應(yīng)用。,SPC的作用,1、確保制程持續(xù)穩(wěn)定、可預(yù)測(cè)。 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(hào),重量特性數(shù)據(jù),中心線CL(Central Line)用細(xì)實(shí)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(shuō)明: 控制圖有兩個(gè)坐標(biāo): 縱坐標(biāo)表示質(zhì)量特性值，橫坐標(biāo)表示樣本號(hào)或時(shí)間。 控制圖一般都有三條橫向線條：二條虛線，一條實(shí)線。上、下兩條虛線稱為上、下控制界限，分別用符號(hào)UCL和LCL表示。中間的實(shí)線叫中心線，用符號(hào)CL表示。上、下控制界限的值為中心線3倍標(biāo)準(zhǔn)差。 在生產(chǎn)過(guò)程中，定期抽取樣本，測(cè)量各樣本的質(zhì)量特性值，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算點(diǎn)到圖上，根據(jù)這些點(diǎn)子是否超出控制界限，以及點(diǎn)子排列有無(wú)異常狀況，來(lái)判斷生產(chǎn)過(guò)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(jìn)行過(guò)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(shí)施控制。 將數(shù)據(jù)畫在控制圖上并計(jì)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(guò)程是否存在變異的特殊原因。如果存在,則進(jìn)行分析和改善，再對(duì)改善后的過(guò)程重新進(jìn)行收集數(shù)據(jù)和控制。,分析 當(dāng)有存在特殊原因時(shí)，過(guò)程處于統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制狀態(tài)，時(shí)，這時(shí)可繼續(xù)使用控制圖作為控制工具，并計(jì)算過(guò)程能力指數(shù)，通過(guò)分析過(guò)程能力，以量化過(guò)程滿足要求的程度； 改善 在分析過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)過(guò)程能力過(guò)低，即過(guò)程合格率過(guò)低，說(shuō)明過(guò)程中存在的普通原因引起的變異過(guò)大，則需確定改善措施減少普通原因引起的變異，提升過(guò)程能力。,控制圖的控制原理,3 sigma 原理 在各類過(guò)程中，其特性數(shù)據(jù)往往服從正態(tài)分布，則測(cè)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(rèn)為可能的測(cè)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(yàn)中不發(fā)生原理. 一旦有觀測(cè)數(shù)據(jù)落在（u3 ; u+3 )之外，就認(rèn)為過(guò)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(duì)象的數(shù)據(jù)類別分，控制圖可分為： a)計(jì)量值數(shù)據(jù)控制圖； b)計(jì)數(shù)值數(shù)據(jù)控制圖；,控制圖的分類,控制對(duì)象的數(shù)據(jù)類別為連續(xù)型數(shù)據(jù)，如長(zhǎng)度、重量、壓力、時(shí)間、溫度等： 計(jì)量值控制圖主要有 均值-標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)極差控制圖（xRS圖）,計(jì)量值控制圖,控制對(duì)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(jì)數(shù)值控制圖主要有 計(jì)件的不合格品數(shù)控制圖（pn圖） 計(jì)件的不合格品率控制圖（p圖） 計(jì)點(diǎn)的缺陷數(shù)控制圖（c圖） 計(jì)點(diǎn)的單位缺陷數(shù)控制圖（u圖） 參考文獻(xiàn): 周紀(jì)薌，茆詩(shī)松，質(zhì)量管理統(tǒng)計(jì)方法，第三章。,計(jì)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(shuō)明,計(jì)量值控制圖一般適用于以計(jì)量值為控制對(duì)象的場(chǎng)合。 計(jì)量值控制圖對(duì)工序中存在的系統(tǒng)性原因反應(yīng)敏感，所以具有及時(shí)查明并消除異常的明顯作用，其效果比計(jì)數(shù)值控制圖顯著。計(jì)量值控制圖經(jīng)常用來(lái)預(yù)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(jì)數(shù)值控制圖則用于以計(jì)數(shù)值為控制對(duì)象的場(chǎng)合。離散型的數(shù)值，比如，一個(gè)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(jī)性，只有在檢驗(yàn)之后才能確定下來(lái)。 計(jì)數(shù)值控制圖的作用與計(jì)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(yù)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(guò)程是否處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，一般應(yīng)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(guò)程處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)的準(zhǔn)則： 連續(xù)25個(gè)點(diǎn)在控制界限內(nèi)而且點(diǎn)排列沒有缺陷； 連續(xù)35個(gè)點(diǎn)中最多有1個(gè)點(diǎn)在控制界限以外，其它點(diǎn)在控制界限內(nèi)排列沒有缺陷； 連續(xù)100個(gè)點(diǎn)中最多有2個(gè)點(diǎn)在控制界限以外，其它點(diǎn)在控制界限內(nèi)排列沒有缺陷。,管理用控制圖主要用來(lái)管理工序使之經(jīng)常保持在統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下。 當(dāng)根據(jù)分析用控制圖判明生產(chǎn)過(guò)程已處于控制狀態(tài)時(shí)，一般都是把分析用控制圖的控制界限延長(zhǎng)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(diǎn)劃線畫出。,判斷與實(shí)施: 在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，定期地從過(guò)程中抽取一組樣本，計(jì)算出統(tǒng)計(jì)量并在控制圖上畫點(diǎn)，然后，以管理用控制圖的控制界限為基準(zhǔn)，觀察點(diǎn)有無(wú)超出控制界限或有無(wú)排列異常的情況，這就是進(jìn)行工序管理。一旦有點(diǎn)越出界限，或是點(diǎn)雖未越出界限但排列有缺陷，那就應(yīng)當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)化，納入工作標(biāo)準(zhǔn)，使該異常因素不再重現(xiàn)。只要這樣做下去，工序就會(huì)始終保持控制狀態(tài)，真正發(fā)揮了控制圖的過(guò)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(biāo)準(zhǔn)化控制圖。如： GB6381 通用控制圖 GB4091.2 均值-標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(jì)60年代后對(duì)休哈特提出的上述常用控制圖進(jìn)行的改進(jìn)。 累積和圖分為計(jì)數(shù)型累積和圖和計(jì)量型累積和圖，計(jì)數(shù)型累積和圖主要運(yùn)用于監(jiān)控連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的工序質(zhì)量，又通過(guò)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(duì)其目標(biāo)值下偏差的累積和判定生產(chǎn)過(guò)程是否出現(xiàn)異常。這種控