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1、第5章 过程质量控制原理及应用,了解产品质量波动的规律掌握统计受控与过程受控的特点掌握过程能力指数的概念和计算方法掌握各种情况下不合格品率的计算方法掌握控制图控制界限的确定及作图方法,过程质量控制相关常识,引子一、质量控制的定义：质量控制是质量管理的一部分，致力于满足质量要求。并将应用包括统计技术在内的“过程方法”作为质量管理的八项原则之一。过程方法：组织内诸过程组成系统的应用，以及这些过程的识别和相互作用及其管理,二、过程的概念1、过程的定义：过程使用资源将输入转化为输出的活动的系统。过程诸要素之间的关系,过程,输入,输出,资源,控制,过程定义强调过程是活动的系统，其依靠投入的资源（技术及物
2、质资源）将输入转化为输出，而这一转化过程必须实施必要控制手段，以保证过程的增值。,2、过程网络过程网络定义：把若干相关过程的有机组合称为过程网络。在过程网络中，某一过程的输出将作为下一过程的输入；而某些过程的输出又作为其他过程提供资源或控制手段。,3、过程方法的重要性理解和满足要求需要在增值方面考虑过程获得过程业绩和有效性的结果基于客观的测量结果对过程实施持续改进。,实现组织目标的保证手段组织应确保影响其质量的技术、管理和人因素处于受控状态。技术受控的标识：企业采用最选进的工艺技术生产产品，使企业具备保证不生产不合格产品的能力管理受控的标识：企业应采用科学方法（统计技术）对过程实施有效控制，企
3、业保持不出不合格品的能力人的受控标识：企业职工具有高的素质（文化素质、专业和管理技能素质及工作经验等）。,对过程而言，能否长期、稳定地生产合格产品或优质产品必须满足两个基本条件：有足够的过程能力过程保持稳定受控,第二节 过程质量控制原理,一、产品质量波动性规律,任何一个过程所生产出来的产品，其质量特性值总是存在着一定差异，这种客观差异称为产品质量波动性（质量变异），产生这种客观差异的原因是生产过程中各要素（操作者、机器、原材料、工艺方法、检测方法和环境等，简称5M1E）存在着波动，过程质量控制就是要控制生产过程中各要素的波动（过程质量波动），使产品质量特性值保持在某一特定范围。,工序质量即为产
4、品质量特性,质量波动,在质量控制中，产品实际达到的质量特性值与规定的质量特性值之间发生的偏离称为质量变异或质量波动。质量波动主要来自以下方面：1)人(Man)：操作者的质量意识、技术水平、熟练程度、正确作业和身体素质的差别等。2)机器(Machine)：机器设备、工夹具的精度和维护保养状况等。3)材料(Material)：材料的化学成分、物理性能及外观质量的差别等。,质量波动,4)方法(Method)：生产工艺、操作规程以及工艺装备选择的差别等。5)测量（Measure）：测量方法的差别。6)环境(Environment)：工作地的温度、湿度、照明、噪声以及清洁条件的差别等。,1 产品质量波动
5、性的分类,第二节 过程质量控制原理,正常波动：影响较小；难以避免 正常波动又称随机波动，是由生产过程中随机性因素或偶然因素引起的。随机因素的特点：a 随机因素数量很多，b 来源和表现形式多种多样，c 大小和方向随机变化，d 作用时间无规律，对产品质量的影响均比较小。统计受控状态：如果生产过程只存在随机因素影响的状态称为稳定状态或统计受控状态。,普通因素波动（正常波动）的特点：过程内有许多波动源；每个波动源对输出质量特性的影响都很小，方向不定；质量特性呈正态分布；分布不随时间而变化，即 X 和 不变，分布可以预测；普通因素波动不可避免。,X,6,1 产品质量波动性的分类,第二节 过程质量控制原理
6、,异常波动：影响较大；可以控制 异常波动又称系统波动，它是由生产过程中的系统性因素引起的。系统性因素的特点：数量不多，但对产品质量的影响却很大，但可以采取一定方法措施加以消除。a 大小和方向不变；b 大小和方向按一定规律变化 c 大小和方向不定。非统计受控状态：生产过程中存在系统性因素影响的状态称为非稳定状态或非统计受控状态。,特殊因素波动（异常波动）的特点：有一个或几个波动源对过程输出的质量特性影响很大，较强的波动源的出现改变了质量特性的分布状态位置、散布大小和形状；X和常随时间变化，分布不稳定特殊因素波动对产品质量的影响大，这类因素可以查明原因，可以避免。,t,t,2 产品质量波动的统计规
7、律,第二节 过程质量控制原理,随机因素引起过程的正常波动，是不可避免的，对于一个稳定的过程，没有异常因素的影响，大批量生产下，其质量特性服从正态分布，且分布中心u和分散程度都不变化。当既有随机因素又有系统因素时，这时质量特性的分布状态就不会稳定在一种固定的正态分布下，其分布中心u和分散程度两者或其一会有变化。,质量控制中的数据,质量管理中的数据可以分成两大类：计量值数据和记数值数据。产品质量数据的变异一般表现为分散性和集中性两种基本特性。质量数据有两类常用的统计特征：一类是表示数据集中性的特征数，如平均值、中位数、众数等；另一类是表示数据分散程度的特征数，如极差、标准差等。分布中心u和分散程度
8、共同刻画了加工质量的高低，若偏移小，分散小，说明过程的加工精度高，产品质量好。,二、过程控制与过程分类,统计受控：过程在统计控制状态时仅存在普通因素波动，统计受控的结果可能满足规范（公差）要求，也可能不满足规范公差的要求。过程受控：指过程处于统计受控状态，且满足规范的要求。非统计受控：生产过程中存在系统性因素影响，过程失控。,第二节 过程质量控制原理,二、过程控制与过程分类,1类：受控且在规范内；（理想状态）2类：受控但不在规范内；（减小普通波动可提高产品质量）3类：不受控但在规范内；（将出现废品）4类：不受控也不在规范内；（必须减小特殊因素和减小普通因素的影响）,第二节 过程质量控制原理,过
9、程控制,不受控,受控,时间,存在特殊因素,消除了特殊因素,受控且有能力符合规范,普通因素造成的波动太大,规范上限,规范下限,普通因素造成的波动减小,受控但没有能力满足规范,第二节 过程质量控制原理,只有过程受控，即分布中心和分散程度（u不变，不变）不变，且落在公差带范围内是最理想的状态,第三节 过程能力原理及应用,一、过程能力和过程能力指数 二、过程能力评价和分析,一、过程能力和过程能力指数 1、过程能力定义：过程在一定时间，处于控制状态（稳定状态）下的实际加工能力。量化：可用过程质量特性值的波动范围来衡量，通常用标准偏差表示过程能力的大小。当取3时，产品99.73%落在这个范围内。用B=6表
10、示过程能力处于一个经济的幅度当取6时，产品99.9999998%落在这个范围内。用B=12表示过程能力是近年来高水平管理的追求,第三节 过程能力原理及应用,过程能力B=6。由于P（x3）=99.73%,故6近似于过程质量特性值的全部波动范围。显然，B越小，过程能力就越强。,过程能力,B=6过程能力,B=6 6数值越小，过程能力越强；6数值越大，过程能力越弱。,一、过程能力和过程能力指数 过程能力指数定义：表示过程能力B满足过程质量标准T要求程度的量值。过程质量要求的范围（公差）和过程能力的比值。反映实际生产合格品能能力。公式：无偏时双向公差过程能力指数和不合格品率计算过程有偏时双向公差过程能力
11、指数和不合格品率计算 单项公差过程能力指数和不合格品率计算,计量值过程能力指数的计算,（1）双侧公差而且分布中心和标准中心重合的情况。,式中TU为质量标准上限，TL为质量标准下限。即T=TUTL。,不良品率的计算,首先计算合格品率，由概率分布函数的计算公式可知，在TL和TU之间的分布函数值就是合格品率，即,所以不良品率为：,如当CP=1时，即B=6时，质量特性标准的上下限与3重合，由正态分布的概率函数可知，此时的不合格品率为0.27%。,例：当CP=0.9时，求相应不合格品率P。解：,（2）分布中心和标准中心不重合的情况下CPK值的计算 当质量特性分布中心和标准中心M不重合时，如图所示，虽然分
12、布标准差未变，CP也没变，但却出现了过程能力不足的现象。,图5-2,分布中心左侧的过程能力指数为：,分布中心右侧的的过程能力指数为：,从图中可以看出，因为分布中心和标准中心M不重合，所以实际有效的标准范围就不能完全利用。若偏移量为，则,一定的过程能力指数与一定的不合格品率相对应。左侧过程能力的增加值补偿不了右侧过程能力的损失，所以在有偏移值时，只能以两者中较小值来计算过程能力指数，这个过程能力指数称为修正过程能力指数，CPK：,所以,当K=0，CPK=CP，即偏移量为0，修正过程能力指数就是一般的过程能力指数。当K1时，CPK=0，这时CP实际上也已为0。,例：设零件的尺寸要求（技术标准）为
13、随机抽样后计算样本特性值为,解：已知,所以,首先计算合格品率：,不良品率的计算,所以不合格品率为,结果,因此,例 已知某零件尺寸要求为，抽取样本，S=0.5，求修正过程能力指数零件和不合格品率P。解：,例 已知某零件尺寸要求为，随机抽样后计算出的样本特性值，S=0.00519，过程能力指数CP=1.6，K=0.8，CPK=0.32，求不合格品率P。,（3）单侧公差情况下CP值的计算,按3分布的原理，在单侧标准的情况下就可用3作为计算CP值的基础。,只规定上限标准时如图所示，过程能力指数为,注意：当TU时，则认为CP=0，这时可能出现的不合格率高达50%100%。,只规定下限标准时如图所示，过程
14、能力指数为,注意：当TL时，则认为CP=0，这时可能出现的不合格率同样为50%100%。,例：某一产品含某一杂质要求最高不能超过12.2毫克，样本标准偏差S为0.038，为12.1，求过程能力指数。,用Cp和k值估计不合格品率,过程能力和过程能力指数,2.分布中心与公差中心不重合的情况过程有偏时双向公差过程能力指数.,0,绝对偏移量=M-；M标准中心，M=（TU+TL）/2;实际分布中心；k相对偏移量，k=/（T/2）,当分布中心恰好在公差中心M时 K=0 当分布中心恰好位于公差上下限时，K=1 当恰好位于公差限之外时，K1 加工过程中的不合格频率超过50%，过程能力严重不足，立即采取纠正措施
15、。,过程能力和过程能力指数,当分布中心向公差上限偏移时。用Pu表示质量特性值超出公差上限而造成的不合格品率，则 Pu=P(xTu)=P(）所以：P=Pl+Pu=2-3Cp(1-k)-3Cp(1+k),过程不合格品率的计算,过程能力和过程能力指数,分布中心与标准中心不重合的情况 1）分布中心向标准上限偏移时，总不合格品率为：P=PU+PL=2-3Cp(1-k)-3Cp(1+k)2）分布中心向标准下限偏移时，总不合格品率为：P=PU+PL=2-3Cp(1+k)-3Cp(1-k),过程能力和过程能力指数,3、单项公差过程能力指数 当只要求公差上限时，则 若只要求公差下限，则,Pu=P(xTu)=P(
16、,Pl=P(xTl)=P(,例题,加工某零件其尺寸公差为，从一批已加工的零件中随机抽取200件，进行测量得到，样本均值=30.014，S=0.002。试求过程能力指数并计算过程不合格品率。如过程能力有问题请提出改进方案,过程能力,3水平:,4水平:,5水平:,6水平:,二、过程能力评价和分析（一般质量特性）,过程能力的评价,过程能力指数Cp客观地、定量地反映了过程能力对规格要求的适应程度，因此它是过程能力评价的基础。根据工序能力指数的大小一般可将加工分为五类：1 Cp1.67 特级加工 2 1.67Cp1.33 一级加工 3 1.33 Cp1 二级加工 4 1Cp0.67 三级加工 5 Cp0
17、.67 四级加工,1 Cp1.67 特级加工,当质量特性服从正态分布，且分布中心 与规格中心Tm 重合时，T10S，不合格品率p0.00006%。过程能力过分充裕，有很大的贮备。这意味 着粗活细作 或用一般工艺方法可以加工的产品，采用了特别精密的 工艺、设备或高级操作工人进行加工。这势必影响了生 产效率，提高了产品成本。措施：(1)合理，经济地降低过程能力。如改用低精度的设备、工艺、技术和原材料；放宽检验或放宽管理；(2)在保证产品质量和提高经济效益的前提下更改设计，加严规格要求；(3)合并或减少过程也是常用的方法之一。,2 1.67Cp1.33 一级加工,当 时，10ST8S，不合格品率 0
18、.00006%p0.006%。对精密加工而言，过程能力适宜；对一般加工 来说过程能力仍比较充裕，有一定贮备。措施：(1)允许小的外来波动；(2)非关键过程可放宽检验；(3)过程控制的抽样间隔可适当放宽。,3 1.33 Cp1 二级加工,当 时，8ST6S，不合格品率 0.006%p0.27%。对一般加工而言，过程能力适宜。措施：(1)对过程进行严格控制，使生产过程处 于良好 的稳定、正常状态，并保证不降低过程的质量水平，(2)一旦发现过程有异常状态出现，立即采 取相应措施，调整工艺过程，使之回到稳定、正常状态。(3)检查不能放宽。,4 1Cp0.67 三级加工,当 时，6ST4S，不合格品率0
19、.27%p4.55%。过程能力不足，不合格品率较高。措施：(1)要通过提高设备精度、改进工艺方法、提高操作技术 水平、改善原材料质量等措施提高工序能力。(2)要加强检验，必要时实行全检。,5 Cp0.67 四级加工,当 时，T4S，不合格品率p4.55%。过程能力严重不足，产品质量水平很低，不合格品率高。措施:(1)必须立即分析原因，采取措施，提高过程能力；(2)为了保证产品的出厂质量，应通过全数检查。,加工分类,f(x),1级,1级,2级,2级,3级,3级,4级,4级,特级,特级,Tm,T3=4,T0=10,T1=8,T2=6,过程能力调查,过程能力是保证和提高产品质量的重要因素，了解和掌握
20、过程能力是控制产品质量的必要手 段。了解和掌握过程能力的活动称为过程能力调查。,工序能力调查程序,明确调查目的,简化检查方法，确认工序能力适宜时，进行工序控制,工序能力充分,计算并分析Cp或Cpk,作直方图、趋势图、控制图、并判定稳定性,明确必要性与目标、落实负责单位、完成期限、责任者、方法,按调查计划规定作业，记录数据及其背景,充分利用质量情报,选顶定调查对象（工序特性值）,检查工序标准条件,确定测试与抽样检查方法,制定调查计划,收集数据,分析数据,稳定状态,不稳定状态,工序能力分析,追查不稳定原因,工序能力过强,工序能力不足,设法降低成本,追查原因,修改标准,采取措施,采取有效的管理措施,二、过程能力评价和分析（一般质量特性）,过程能力处置当过程能力过大时：a 降低过程能力 b 提高质量标准当过程能力过小时：a 调整过程加工的分布中心，减小偏移量 b 提高过程能力，减小分散程度 c 在质量保证的要求下，放宽给定的规格要求。,
