第13章統(tǒng)計過程控制與診斷課件

第13章統(tǒng)計過程控制與診斷1第13章統(tǒng)計過程控制與診斷11、質量波動2、質量數(shù)據(jù)第一節(jié)基礎知識2質量管理1、質量波動第一節(jié)基礎知識2質量管理1、現(xiàn)象：每個同學連續(xù)寫5個同樣的字，觀察是否完全相同。機械加工的長期實踐表明，一名工人在同一臺機器設備上，用同一種原材料，采用同樣的工藝方法，加工同一批零件，并用同一種計量儀器進行測量，所得的結果卻并非完全相同。一、質量波動——在質量管理與控制中，這種現(xiàn)象被稱為質量波動3質量管理1、現(xiàn)象：一、質量波動——在質量管理與控制中，這種現(xiàn)象被稱為一、質量波動2、質量波動的概念偶然因素(偶因randomcause)：也稱隨機因素（stochasticcause)，是過程固有的，始終存在，對質量的影響微小，但難以除去。異常因素(異因，可查明因素assignablecause，或系統(tǒng)因素systematiccause)：非過程固有，有時存在，有時不存在，對質量影響大，但不難除去。偶然波動：偶因引起質量的波動，簡稱偶波；異常波動：異因引起質量的波動，簡稱異波?！既恍院拖到y(tǒng)性，正常與異常之間的關系是相對的4質量管理一、質量波動2、質量波動的概念——偶然性和系統(tǒng)性，正常與異常數(shù)據(jù)是質量管理的基礎二、質量數(shù)據(jù)（一）、質量數(shù)據(jù)的分類根據(jù)數(shù)據(jù)本身的性質分類計量值數(shù)據(jù)計數(shù)值數(shù)據(jù)——(1)計件值數(shù)據(jù)——(2)計點值數(shù)據(jù)1、計量值數(shù)據(jù)和計數(shù)值數(shù)據(jù)屬于不同的分布2、從計數(shù)值派生出來的數(shù)據(jù)也屬于計數(shù)值數(shù)據(jù)，如不合格品率等。計量數(shù)據(jù)：通過量具、儀器測定如：長度、重量、電流、溫度等。測量結果的數(shù)據(jù)可以是連續(xù)的,也可以是不連續(xù)的計數(shù)數(shù)據(jù)：通過計數(shù)方法得到（非負的整數(shù)）分為：計件數(shù)據(jù)（如不合格品數(shù)、缺勤人數(shù)）、計點數(shù)據(jù)（如：缺陷數(shù)、事故數(shù)）5質量管理數(shù)據(jù)是質量管理的基礎二、質量數(shù)據(jù)（一）、質量數(shù)據(jù)的分類根二、質量數(shù)據(jù)（二）數(shù)據(jù)的收集和分析整理1、抽樣方法簡單隨機抽樣、間隔隨機抽樣、分層隨機抽樣等2、數(shù)據(jù)收集示意圖→3、在質量管理中常用的數(shù)據(jù)整理的方法有：排列圖、直方圖和散布圖等6質量管理二、質量數(shù)據(jù)（二）數(shù)據(jù)的收集和分析整理6質量管理數(shù)據(jù)收集示意圖目的母體樣本數(shù)據(jù)對于工序控制對一批產品質量判斷工序一批半成品樣本數(shù)據(jù)抽樣判斷一批半成品樣本數(shù)據(jù)抽樣判斷7質量管理數(shù)據(jù)收集示意圖目的母體樣本二、質量數(shù)據(jù)（三）質量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計規(guī)律與統(tǒng)計特征1、統(tǒng)計規(guī)律產品質量特性值的波動體現(xiàn)在反映質量特性值的波動上。質量數(shù)據(jù)的波動一般表現(xiàn)為分散性和集中性兩種基本特性?！|量數(shù)據(jù)的“統(tǒng)計規(guī)律性”2、統(tǒng)計特征平均值中位數(shù)極差R標準偏差S集中性分散性8質量管理二、質量數(shù)據(jù)（三）質量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計規(guī)律與統(tǒng)計特征集中性分散性8二、質量數(shù)據(jù)（三）質量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計規(guī)律與統(tǒng)計特征3、常用的幾個統(tǒng)計變量

超幾何分布二項分布泊松分布正態(tài)分布特性隨機變量源于有限總體的不放回抽樣模型隨機變量源于無限總體的有限抽樣模型描述稀有事件出現(xiàn)概率，即隨機事件在一定空間(時間)內散布規(guī)律應用最為廣泛的一種連續(xù)型概率分布應用計件值質量特性值的控制與檢驗問題計件值質量特性值的控制與檢驗問題在計點值質量特性值的控制與檢驗有重要應用在計量值質量特性值的控制與檢驗中的質量變化的規(guī)律。9質量管理二、質量數(shù)據(jù)（三）質量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計規(guī)律與統(tǒng)計特征超幾何分布二什么是SPD與SPASPC的三個發(fā)展階段：1、第一階段SPC（statisticalprocesscontrol）SPC是美國貝爾實驗室休哈特博士在20世紀二、三十年代所創(chuàng)立的理論，它能科學地區(qū)分出生產過程中產品質量的偶然波動與異常波動，從而對生產過程的異常及時告警，以便采取措施，消除異常，恢復過程的穩(wěn)定。10質量管理什么是SPD與SPASPC的三個發(fā)展階段：10質量管理2、第二個階段SPDSPD是StatisticalProcessDiagnosis的簡稱，即統(tǒng)計過程診斷,它是SPC發(fā)展的第二階段。SPC雖能對過程的異常進行告警，但它并不能分辨出是什么異常，發(fā)生于何處，即不能進行診斷，1982年我國張公緒教授首創(chuàng)兩種質量診斷理論，突破了休哈特質量控制理論，開辟了統(tǒng)計質量診斷的新方向。此后，我國質量專家又提出了多元逐步診斷理論和兩種質量多元診斷理論，解決了多工序、多指標系統(tǒng)的質量控制與診斷問題。11質量管理2、第二個階段SPD11質量管理3、第三個階段SPASPA是StatisticalProcessAdjustment的簡稱，即統(tǒng)計過程調整,它能控制產品質量、發(fā)現(xiàn)異常并診斷導致異常的原因、自動進行調整，是SPC發(fā)展的第三個階段，目前尚無實用性成果。12質量管理3、第三個階段SPA12質量管理13.3控制圖法13.3.1控制圖的基本概念又叫管理圖或休圖。它是判斷和預報生產過程中質量狀況是否發(fā)生異常波動的一種有效的方法。20世紀20年代后期，美國質量管理專家休哈特首創(chuàng)?？刂茍D用于分析和判斷工序是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，是帶有控制界限的一種圖形。(美國柯達彩色膠卷公司5000職工，一共應用了35000張控制圖，因為工藝復雜)

圖上有：中心線CL上控制線UCL下控制線LCL13質量管理13.3控制圖法13.3.1控制圖的基本概念13質量管理控制圖示例CLLCLUCL樣本統(tǒng)計量數(shù)值時間或樣本號14質量管理控制圖示例CLLCLUCL樣本統(tǒng)計量數(shù)值時間或樣本號14質量控制圖原理的第一種解釋總結：點出界就判異

小概率事件原理：小概率事件在一次試驗中幾乎不可能發(fā)生，若發(fā)生即判斷異常。CLUCLLCL891011μ＋3σμμ－3σ15質量管理控制圖原理的第一種解釋總結：CLUCLLCL891011μ控制圖原理的第二種解釋偶然因素(偶因randomcause)：也稱隨機因素（stochasticcause)，是過程固有的，始終存在，對質量的影響微小，但難以除去。異常因素(異因，可查明因素assignablecause，或系統(tǒng)因素systematiccause)：非過程固有，有時存在，有時不存在，對質量影響大，但不難除去。偶然波動：偶因引起質量的波動，簡稱偶波；異常波動：異因引起質量的波動，簡稱異波。16質量管理控制圖原理的第二種解釋偶然因素(偶因randomcause假定現(xiàn)在異波均已消除，只剩下偶波，則此偶波的波動將是最小波動，即正常波動。根據(jù)這正常波動，應用統(tǒng)計學原理設計出控制圖相應的控制界限，當異常波動發(fā)生時，點子就會落在界外。因此點子頻頻出界就表明異波存在?？刂茍D上的控制界限就是區(qū)分偶波與異波的科學界限。17質量管理假定現(xiàn)在異波均已消除，只剩下偶波，則此偶波的波動將是最小波動從數(shù)理統(tǒng)計的觀點，存在可能的兩能錯誤:1)

第一種錯誤(typeIerror)：虛發(fā)警報(falsealarm)。2）第二種錯誤(typeIIerror)：漏發(fā)警報(alarmmissing)。18質量管理從數(shù)理統(tǒng)計的觀點，存在可能的兩能錯誤:18質量管理休哈特控制圖的設計思想在生產過程中，通過分析休哈特控制圖來判定生產過程是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。休哈特控制圖的設計思想是先確定第I類錯誤的概率α,再根據(jù)第Ⅱ類錯誤的概率β的大小來考慮是否需要采取必要的措施。通常α取為1%,5%,10%。為了增加使用者的信心,休哈特將α取得特別小,小到2.7‰～3‰。這樣，α小，β就大，為了減少第Ⅱ類錯誤,對于控制圖中的界內點增添了第Ⅱ類判異準則,即“界內點排列不隨機判異”。

19質量管理休哈特控制圖的設計思想在生產過程中，通過分析休哈特控制圖來判總結：控制圖上的控制界限是用來判斷過程是否發(fā)生異常變化的尺度。控制圖的核心問題是確定經濟合理的控制界限控制界限的確定CL=μ（或）UCL=μ

+3σLCL=μ

-3σ——“3ó”原理或稱之為“千分之三法則”20質量管理總結：控制圖上的控制界限是用來判斷過程是否發(fā)生異常變化的計量值控制圖適用于長度、重量、時間、強度等質量特性值的分析和控制。21質量管理計量值控制圖適用于長度、重量、時間、強度等質量特性值的分析和計數(shù)值控制圖123412指1，2，3…..，適用于不合格品數(shù)、事故件數(shù)及缺陷數(shù)等的控制。22質量管理計數(shù)值控制圖123412指1，2，3…..，適用于不合格品數(shù)常規(guī)控制圖對照表類別名稱管理圖符號特

點適用場合計量值控制圖均值—極差控制圖X—R最常用，判斷工序是否異常的效果好，但計算工作量大適用于產品批量較大而且穩(wěn)定正常的工序。中位數(shù)—極差控制圖X—R計算簡便，但效果較差，便于現(xiàn)場使用兩極控制圖L—S一張圖可同時控制均值和方差，計算簡單，使用方便單值—移動極差控制圖X—Rs簡便省事，并能及時判斷工序是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。缺點是不易發(fā)現(xiàn)工序分布中心的變化。因各種原因（時間費用等）每次只能得到一個數(shù)據(jù)或希望盡快發(fā)現(xiàn)并消除異常原因計數(shù)值控制圖不合格品數(shù)控制圖pn較常用，計算簡單，操作工人易于理解樣本容量相等不合格品率控制圖p計算量大，管理界限凹凸不平樣本容量可以不等缺陷數(shù)控制圖C較常用，計算簡單，操作工人易于理解，使用簡便樣本容量（面積或長度）相等單位缺陷數(shù)控制圖U計算量大，管理界限凹凸不平樣本容量（面積或長度）不等23質量管理常規(guī)控制圖對照表類別名稱管理圖符號特控制圖種類及其控制界限計算公式表2424質量管理控制圖種類及其控制界限計算公式表2424質量管理13.3.2均值—標準差控制圖做圖請看EXCEL25質量管理13.3.2均值—標準差控制圖做圖請看EXCEL25質量管理13.6控制圖的觀察分析判穩(wěn)準則：在點子隨機排列的情況下,符合下列各點之一就認為過程處于穩(wěn)態(tài)：

1.連續(xù)25個點子都在控制界限內。2.連續(xù)35個點子至多1個點子落在控制界限外。3.連續(xù)100個點子至多2個點子落在控制界限外。

即使在判斷穩(wěn)態(tài)的場合,對于界外點也必須采取“查出異因，采取措施，保證消除，不再出現(xiàn)，納入標準”20個字來處理。

26質量管理13.6控制圖的觀察分析判穩(wěn)準則：在點子隨機排列的情況下,符3.4.4判斷異常的準則過程顯著偏離穩(wěn)態(tài)就稱為異常。判異準則：（1）點出界就判異（2）界內點排列不隨機判異。國際標準ISO8258：1991或國標GB/T4091－2001中，規(guī)定了8種判異準則。27質量管理3.4.4判斷異常的準則過程顯著偏離穩(wěn)態(tài)就稱為異常。27質量準則1：一個點子落在A區(qū)以外。ABCCCLBAUCLLCL28質量管理準則1：一個點子落在A區(qū)以外。ABCC準則2：連續(xù)9點落在中心線同一側（鏈長≥9）。表明均值可能產生偏移。ABCCBA

29質量管理準則2：連續(xù)9點落在中心線同一側（鏈長≥9）。ABCCBA準則3：連續(xù)6點遞增或遞減。ABCCBA

30質量管理準則3：連續(xù)6點遞增或遞減。ABCC準則4：連續(xù)13點交互著一升一降。由于工藝、環(huán)境等因素失控造成的，如一位操作人員輪流使用兩臺設備。

ABCCBA

31質量管理準則4：連續(xù)13點交互著一升一降。ABC準則5：連續(xù)3點中有2點落在中心線同一側的B區(qū)以外說明標準差可能已經變大A

BCC

BA

32質量管理準則5：連續(xù)3點中有2點落在中心線同一側的B區(qū)以外A準則6：連續(xù)5點中有4點落在中心線同一側的C區(qū)以外ABCC

BA

33質量管理準則6：連續(xù)5點中有4點落在中心線同一側的C區(qū)以外ABCC準則7：連續(xù)15點落在中心線兩側的C區(qū)之內ABCC

BA

34質量管理準則7：連續(xù)15點落在中心線兩側的C區(qū)之內ABCC準則8：連續(xù)8點落在中心線兩側，但無一點在C區(qū)中ABCCBA

35質量管理準則8：連續(xù)8點落在中心線兩側，但無一點在C區(qū)中ABCCB13過程控制方法13.2工序質量控制的基本概念

工序質量產品可分割的工序——產品質量特性（尺寸、強度等）產品不可分割的工序——工藝質量特性（溫度、濃度等）屬于制造質量的范疇優(yōu)劣判斷：符合性質量36質量管理13過程控制方法13.2工序質量控制的基本概念36質13.5過程能力和過程能力指數(shù)一、過程能力定義：過程在一定時間，處于控制狀態(tài)（穩(wěn)定狀態(tài)）下的實際加工能力。指工序中人、機、料、法、測、環(huán)（5M1E）諸因素均處于規(guī)定的條件下，操作呈穩(wěn)定狀態(tài)時所具有的質量水平（固有能力/質量保證能力）。通常用質量特性分布的標準偏差σ的6倍來表示。37質量管理13.5過程能力和過程能力指數(shù)一、過程能力37質量管理注意：過程能力與生產能力不同過程能力是衡量過程加工質量內在一致性的量值。生產能力則是指工序加工最大數(shù)量的能力。38質量管理注意：過程能力與生產能力不同過程能力是衡量過程加工質量內在一量化：可用過程質量特性值的波動范圍來衡量過程能力B=6σ。由于P（x∈μ±3σ）=99.73%,故6σ近似于過程質量特性值的全部波動范圍。顯然，B越小，過程能力就越強。（如下圖）39質量管理量化：可用過程質量特性值的波動范圍來衡量過程能力B=6σ123123〈〈61626340質量管理123123〈〈61626340質量管理過程能力分類：短期過程能力和長期過程能力短期過程能力：僅由偶因引起的變異所形成的過程能力，既是指過程處于穩(wěn)定的過程能力，反映短期變異。此變異可由控制圖的有關參數(shù)估計：41質量管理過程能力分類：短期過程能力和長期過程能力短期過程能力：僅由偶長期過程能力：是指由偶因和異因之和引起的總變異所形成的過程能力，反映長期變異，也稱實績變異S。此變異可由控制圖的有關參數(shù)估計：此處主要介紹短期過程能力指數(shù)42質量管理長期過程能力：是指由偶因和異因之和引起的總變異所形成的過程能過程能力指數(shù)定義：表示過程能力滿足過程質量標準要求程度的量值。過程質量要求的范圍（公差）和過程能力的比值（換言之：過程能力滿足內外部顧客要求的程度）公式：過程能力在一定過程通條下是一個相對穩(wěn)定的過程，而過程能力指數(shù)是一個相對概念二、過程能力指數(shù)F(X)XTLTUT1μ/MS(б)B43質量管理過程能力指數(shù)二、過程能力指數(shù)F(X)XTLTUT1μ/M過程能力和過程能力指數(shù)(1)無偏時雙向公差工序能力指數(shù)若過程總體平均值或過程分布中心與公差中心重合，即：=Tm

F(X)XTLTUT1μ/MS(б)BT——過程公差——總體標準差S——樣本標準差44質量管理過程能力和過程能力指數(shù)(1)無偏時雙向公差工序能力指數(shù)F(2)過程有偏時雙向公差過程能力指數(shù)。引用偏移系數(shù)則有F(X)XTUTLTΜμS(б)ε45質量管理(2)過程有偏時雙向公差過程能力指數(shù)。F(X)XTUTLTΜ(3)單項公差過程能力指數(shù)

當只要求公差上限時，則若只要求公差下限，則過程能力和過程能力指數(shù)F(X)XTLμS(б)F(X)XTUμS(б)46質量管理(3)單項公差過程能力指數(shù)過程能力和過程能力指數(shù)F(X)XCp與C