統(tǒng)計(jì)過程控制SPC概論

1、SPC即統(tǒng)計(jì)過程控制（Statistical Process Control）。SPC是美國美國貝爾實(shí)驗(yàn)室休哈特(Shewhart)博士首先應(yīng)用正態(tài)分布特性于生產(chǎn)過程中的管理，目前已成為生產(chǎn)過程中控制穩(wěn)定產(chǎn)出的主要工具之一，在生產(chǎn)型企業(yè)中應(yīng)用的非常廣泛。SPC主要是指應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，科學(xué)的區(qū)分出生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量的隨機(jī)波動(dòng)與異常波動(dòng)，從而對(duì)生產(chǎn)過程的異常趨勢(shì)提出預(yù)警，以便生產(chǎn)管理人員及時(shí)采取措施，消除異常，恢復(fù)過程的穩(wěn)定，從而達(dá)到提高和控制質(zhì)量的目的。在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品的質(zhì)量特征值的波動(dòng)是不可避免的。它是由4M1E，即人、機(jī)器、材料、方法和環(huán)境等基本因素的波動(dòng)綜合影響所

2、致。波動(dòng)分為兩種：正常波動(dòng)和異常波動(dòng)，或稱為偶然誤差和系統(tǒng)誤差。正常波動(dòng)是偶然性原因（不可避免因素）造成的。它對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較小，在技術(shù)上難以消除，在經(jīng)濟(jì)上也不值得消除。異常波動(dòng)是由系統(tǒng)原因（異常因素）造成的，它對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，但能夠采取措施避免和消除。過程控制的目的就是消除、避免異常波動(dòng)，使過程處于正常波動(dòng)狀態(tài)。 一、SPC技術(shù)原理統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC）是一種借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的過程控制工具。它對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，根據(jù)反饋信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性因素出現(xiàn)的征兆，并采取措施消除其影響，使過程維持在僅受隨機(jī)性因素影響的受控狀態(tài)，以達(dá)到控制質(zhì)量的目的。當(dāng)過程僅受隨機(jī)因素影響時(shí)，過程處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)

3、（簡(jiǎn)稱受控狀態(tài)）；當(dāng)過程中存在系統(tǒng)因素的影響時(shí)，過程處于統(tǒng)計(jì)失控狀態(tài)（簡(jiǎn)稱失控狀態(tài)）。由于過程波動(dòng)具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，隨機(jī)誤差具有一定的分布規(guī)律，當(dāng)過程受控時(shí)沒有系統(tǒng)誤差，根據(jù)中心極限定理，這些隨機(jī)誤差的總和，即總體質(zhì)量特性服從正態(tài)分布N（，2）。正態(tài)分布的特征直觀看就是大多數(shù)值集中在以為中心位置，越往邊緣個(gè)體數(shù)越少。在正態(tài)分布正負(fù)3范圍內(nèi)，即樣品特征值出現(xiàn)在（-3，+3）中的概率為99.73%，即超出正負(fù)3范圍發(fā)生概率僅為0.27%。而失控時(shí)，過程分布將發(fā)生改變，數(shù)據(jù)的中心位置或離散程度發(fā)生很大變化。當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)正負(fù)3范圍以外，根據(jù)小概率事件實(shí)際不可能發(fā)生原理，即認(rèn)為已出現(xiàn)失控。如果加工處于受控狀

4、態(tài)，則認(rèn)為樣品特征值一定落正負(fù)3范圍內(nèi)，即存在3原理。SPC正是利用過程波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性對(duì)過程進(jìn)行分析控制的。在世界上大多數(shù)國家均以正負(fù)3范圍為控制界限。因而，它強(qiáng)調(diào)過程在受控和有能力的狀態(tài)下運(yùn)行，從而使產(chǎn)品和服務(wù)穩(wěn)定地滿足顧客的要求。下圖是控制圖的基本形式。控制圖有兩個(gè)坐標(biāo)，縱坐標(biāo)代表質(zhì)量特性值，橫坐標(biāo)表示樣本號(hào)。中心線CL=，上控制限UCL=+3，下控制限LCL=-3。生產(chǎn)中，定期抽取樣本，測(cè)出其質(zhì)量特性值數(shù)據(jù)，計(jì)算后標(biāo)在圖上，觀察點(diǎn)是否越限，判斷生產(chǎn)過程是否處于穩(wěn)定狀況。二、控制圖類型控制圖是畫有控制界限，對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制的一種圖。用它來判斷產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)的原因（系統(tǒng)原因或偶然

5、原因），進(jìn)而判斷生產(chǎn)過程是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。按不同用途，控制圖可分為用于預(yù)防不合格品產(chǎn)生的管理用控制圖和主要用于分析用的控制圖兩類。根據(jù)不同的質(zhì)量特性值，控制圖可分為計(jì)量型控制圖和計(jì)數(shù)型控制圖。三、SPC應(yīng)用步驟實(shí)施SPC分為兩個(gè)階段，一是分析階段，二是監(jiān)控階段。在這兩個(gè)階段所使用的控制圖分別被稱為分析用控制圖和控制用控制圖。分析階段的主要目的在于：一是使過程處于統(tǒng)計(jì)穩(wěn)態(tài)；二是使過程能力足夠。 分析階段首先要進(jìn)行的工作是生產(chǎn)準(zhǔn)備，即把生產(chǎn)過程所需的原料、勞動(dòng)力、設(shè)備、測(cè)量系統(tǒng)等按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行準(zhǔn)備。生產(chǎn)準(zhǔn)備完成后就可以進(jìn)行，注意一定要確保生產(chǎn)是在影響生產(chǎn)的各要素?zé)o異常的情況下進(jìn)行；然后就可以用生

6、產(chǎn)過程收集的數(shù)據(jù)計(jì)算控制界限，作成分析用控制圖、直方圖、或進(jìn)行過程能力分析，檢驗(yàn)生產(chǎn)過程是否處于統(tǒng)計(jì)穩(wěn)態(tài)、以及過程能力是否足夠。如果任何一個(gè)不能滿足，則必須尋找原因，進(jìn)行改進(jìn)，并重新準(zhǔn)備生產(chǎn)及分析。直到達(dá)到了分析階段的兩個(gè)目的，則分析階段可以宣告結(jié)束，進(jìn)入SPC監(jiān)控階段。 監(jiān)控階段的主要工作是使用控制用控制圖進(jìn)行監(jiān)控。此時(shí)控制圖的控制界限已經(jīng)根據(jù)分析階段的結(jié)果而確定，生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)及時(shí)繪制到控制上，并密切觀察控制圖，控制圖中點(diǎn)的波動(dòng)情況可以顯示出過程受控或失控，如果發(fā)現(xiàn)失控，必須尋找原因并盡快消除其影響。監(jiān)控可以充分體現(xiàn)出SPC預(yù)防控制的作用。 在工廠的實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于每個(gè)控制項(xiàng)目，都必須經(jīng)過

7、以上兩個(gè)階段，并且在必要時(shí)會(huì)重復(fù)進(jìn)行這樣從分析到監(jiān)控的過程。分析用控制圖作圖步驟1）選取控制圖要控制的質(zhì)量特性；2）根據(jù)質(zhì)量特性及適用的場(chǎng)合選取控制圖類型；3）確定合適樣本組、樣本大小和抽取間隔，并假定在樣本組內(nèi)波動(dòng)為系統(tǒng)因素引起；4）收集并記錄2025個(gè)樣本組的數(shù)據(jù)，或使用以前所記錄的數(shù)據(jù)，通常每組樣本量n=4-5個(gè)，這樣保證控制過程的檢出率為8490；5）計(jì)算各組樣本的統(tǒng)計(jì)量（均值、標(biāo)準(zhǔn)差，極差等）；6）計(jì)算中心線和控制限；7）繪制控制圖（畫坐標(biāo)軸，畫中心線和上下控制限，根據(jù)樣本值打點(diǎn)，記入相關(guān)事項(xiàng)）；8）分析樣本點(diǎn)的排列形狀，判斷過程是否受控?？刂朴每刂茍D作圖步驟當(dāng)分析用控制圖中點(diǎn)子均在

8、控制限之內(nèi)或排列無缺陷時(shí)，能表明生產(chǎn)過程穩(wěn)定、無系統(tǒng)因素影響生產(chǎn)過程，尚不能說明不合格率小于允許值。因此，在分析用控制圖基礎(chǔ)上需要繪制控制用控制圖。相關(guān)步驟如下：1）消除系統(tǒng)因素。依據(jù)分析用控制圖提供的信息判斷生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定，即是否有系統(tǒng)因素在起作用。如果存在系統(tǒng)因素，應(yīng)設(shè)法消除。2）重新計(jì)算控制限。剔除分析用控制圖中無代表性的數(shù)據(jù)（如落在界限外點(diǎn)子的數(shù)據(jù)）后，重新計(jì)算中心線和控制限。3）確認(rèn)分布范圍位于公差界限之內(nèi)。只有當(dāng)生產(chǎn)過程穩(wěn)定且產(chǎn)品質(zhì)量特性值分布范圍位于公差界限之內(nèi)時(shí)，才能保證不出現(xiàn)大量不合格品。因此應(yīng)該利用分析用控制圖的數(shù)據(jù)繪制直方圖，并與公差界限比較，或直接計(jì)算工序能力指標(biāo)，進(jìn)

9、而采取相應(yīng)措施。4）控制用控制圖的使用。在確認(rèn)和平過程穩(wěn)定并具備足夠的工序能力后，便可開始批量生產(chǎn)，并用控制圖控制生產(chǎn)過程，即根據(jù)控制圖類型抽取樣本進(jìn)行計(jì)算、繪圖和分析。四、SPC應(yīng)用的好處和不足SPC利用控制圖，強(qiáng)調(diào)全過程監(jiān)控、全系統(tǒng)參與，并且強(qiáng)調(diào)用科學(xué)方法（主要是統(tǒng)計(jì)技術(shù)）來保證全過程的預(yù)防。SPC不僅適用于質(zhì)量控制，更可應(yīng)用于一切管理過程（如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、市場(chǎng)分析等）。正是它的這種全員參與管理質(zhì)量的思想，實(shí)施SPC可以幫助企業(yè)在質(zhì)量控制上真正作到事前預(yù)防和控制，SPC可以：l 對(duì)過程作出可靠的評(píng)估；l 確定過程的統(tǒng)計(jì)控制界限，判斷過程是否失控和過程是否有能力；l 為過程提供一個(gè)早期報(bào)警系統(tǒng)，

10、及時(shí)監(jiān)控過程的情況以防止廢品的發(fā)生；l 減少對(duì)常規(guī)檢驗(yàn)的依賴性，定時(shí)的觀察以及系統(tǒng)的測(cè)量方法替代了大量的檢測(cè)和驗(yàn)證工作；l 區(qū)分散布的的正常原因和和異常原因，作作為采取局部部措施和對(duì)系系統(tǒng)采取措施施的指南。有有了以上的預(yù)預(yù)防和控制，應(yīng)應(yīng)用SPC還還可以促進(jìn)企企業(yè)：l 降降低成本；ll 降低不良良率，減少返返工和浪費(fèi)；l 提高勞勞動(dòng)生產(chǎn)率；l 提供核核心競(jìng)爭(zhēng)力；l 贏得廣廣泛客戶；ll 更好地理理解和實(shí)施質(zhì)質(zhì)量體系。應(yīng)應(yīng)用SPC對(duì)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行工工序質(zhì)量控制制時(shí)，可能會(huì)會(huì)出現(xiàn)兩類錯(cuò)錯(cuò)誤。如圖所所示：第I類類錯(cuò)誤：把處處于統(tǒng)計(jì)控制制狀態(tài)下的生生產(chǎn)工序誤判判為處于非統(tǒng)統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)態(tài)，稱為第II類錯(cuò)誤。把

11、把犯第I類錯(cuò)錯(cuò)誤的概率稱稱為第I類風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)，記為。第II類類錯(cuò)誤：把處處于非統(tǒng)計(jì)控控制狀態(tài)下的的生產(chǎn)工序誤誤叛為處于統(tǒng)統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)態(tài)，稱為第III類錯(cuò)誤。把把犯第II類類錯(cuò)誤的概率率稱為第III類風(fēng)險(xiǎn)，記記作。一般般情況下，要要同時(shí)避免兩兩類錯(cuò)誤是不不可能的。當(dāng)當(dāng)樣本大小一一定時(shí)，越越小，則越越大，反之，越大，則越小。實(shí)踐踐證明，3范圍可使兩兩類錯(cuò)誤造成成的總損失最最小，較為經(jīng)經(jīng)濟(jì)合理。五、SPC的最最新發(fā)展經(jīng)過過近70年在在全世界范圍圍的實(shí)踐，SSPC理論已已經(jīng)發(fā)展得非非常完善，其其與計(jì)算機(jī)技技術(shù)的結(jié)合日日益緊密，其其在企業(yè)內(nèi)的的應(yīng)用范圍、程程度也已經(jīng)非非常廣泛、深深入。概括來來講，SPCC的

12、發(fā)展呈現(xiàn)現(xiàn)如下特點(diǎn)： 1、分析析功能強(qiáng)大，輔輔助決策作用用明顯。 在在眾多企業(yè)的的實(shí)踐基礎(chǔ)上上發(fā)展出繁多多的統(tǒng)計(jì)方法法和分析工具具，應(yīng)用這些些方法和工具具可根據(jù)不同同目的、從不不同角度對(duì)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入入的研究與分分析，在這一一過程中SPPC的輔助決決策功能越來來越得到強(qiáng)化化。2、體現(xiàn)現(xiàn)全面質(zhì)量管管理思想。隨隨著全面質(zhì)量量管理思想的的普及，SPPC在企業(yè)產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量管理理上的應(yīng)用也也逐漸從生產(chǎn)產(chǎn)制造過程質(zhì)質(zhì)量控制擴(kuò)展展到產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)、輔助生產(chǎn)產(chǎn)過程、售后后服務(wù)及產(chǎn)品品使用等各個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量量控制，強(qiáng)調(diào)調(diào)全過程的預(yù)預(yù)防與控制。3、與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合?，F(xiàn)代企業(yè)質(zhì)量管理要求將企業(yè)內(nèi)外更多的因素納入考察監(jiān)控范圍、企業(yè)內(nèi)部不同部門管理職能同時(shí)呈現(xiàn)出分工越來越細(xì)與合作越來越緊密兩個(gè)特點(diǎn)，這都要求可快速處理不同來源的數(shù)據(jù)并做到最大程度的資源共享。適應(yīng)這種需要，SPC與計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合越來越緊密。 4、系統(tǒng)自動(dòng)化程度不斷加強(qiáng)。傳統(tǒng)的SPC系統(tǒng)中，原始數(shù)據(jù)是手工抄錄，然后人工計(jì)算、打點(diǎn)描圖，或者采用人工輸入計(jì)算機(jī)，然后再利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。隨著生