SPC中有关过程能力的分析机理.ppt

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1、SPC中有关过程能力的分析,1.基本概念 2.过程能力指数的计算3.过程能力的评价与处置 4.过程能力调查,1,1.基本概念,在产品制造过程中，工序是保证产品质量的最基本环节。所谓工序能力分析，就是考虑 工序的设备、工艺、人的操作、材料、测量工具与方法以及环境对工序质量指标要求的适合 程度。工序能力分析是质量管理的一项重要的技术基础工作。它有助于掌握各道工序的质量保证 能力，为产品设计、工艺、工装设计、设备的维修、调整、更新、改造提供必要的资料和依据。一 过程能力 二 过程能力指数,2,一 过程能力,1 概念：所谓过程能力，是指处于稳定、标准状态下，工序的实际加工能力。工序处于稳定状态，是指工

2、序的分布状态不随时间的变化而变化，或称工序处于受控状态；工序处于标准状态，是指设备、材料、工艺、环境、测量均处于标准作业条件，人员的操作也是正确的。工序的实际加工能力是指工序质量特性的分散(或波动)有多大。加工能力强或弱的区分关键是质量特性的分布范围大小，或集中程度。由于均方差是描述随机变量分散的数字特征，而且，当产品质量特性服从正态分布N(，2)时，以3原则确定其分布范围(3)，处于该范围外的产品仅占产品总数的0.27%，因此，人们常以6描述工序的实际加工能力。实践证明：用这样的分散范围表示过程能力既能保证产品的质量要求，又能具有较好的经济性。,3,注意：过程能力与生产能力不同,过程能力是衡

3、量过程加工质量内在一致性的量值。生产能力则是指工序加工最大数量的能力。,4,2 表达式：B=6 或 B6S3 影响因素：(1)人与工序直接有关的操作人员、辅助人员的质量意识和操作技术水平；(2)设备包括设备的精度、工装的精度及其合理性、刀具参数的合理性等；(3)材料包括原材料、半成品、外协件的质量及其适用性；(4)工艺包括工艺方法及规范、操作规程的合理性；(5)测具测量方法及测量精度的适应性；(6)环境生产环境及劳动条件的适应性。,5,4 过程能力分类：短期过程能力和长期过程能力,短期过程能力：仅由偶因引起的变异所形成的过程能力，既是指过程处于稳定的过程能力，反映短期变异。此变异可由控制图的有

4、关参数估计：,6,长期过程能力：是指由偶因和异因之和引起的总变异所形成的过程能力，反映长期变异，也称实绩变异S。此变异可由控制图的有关参数估计：,7,二 过程能力指数,1 概念：过程能力指数是衡量过程能力对产品规格要求满足程度的数量值，记为Cp。通常以规格范围T与工序能力B的比值来表示。即：T=规格上限TU-规格下限TL。2 过程能力与过程能力指数的区别：,8,2 过程能力与过程能力指数的区别：过程能力是工序具有的实际加工能力，而过程能力指数是指过程能力对规格要求满足的程度，这是两个完全不同的概念。过程能力强并不等于对规格要求的满足程度高，相反，过程能力弱并不等于对规格要求的满足程度低。当质量

5、特性服从正态分布，而且其分布中心 与规格中心Tm重合时，一定的过程能力指数将与一定的不合格品率相对应。因此，过程能力指数越大，说明过程能力的贮备越充足，质量保证能力越强，潜力越大，不合格品率越低。但这并不意味着加工精度和技术水平越高。,9,2.过程能力指数的计算,一 计量值 1 双侧规格界限（1）无偏（2）有偏 2 单侧规格界限（1）仅给出规格上限TU（2）仅给出规格上限TL,10,二 计数值 1 计件值 2 计点值三 SCAT（快速简易判断）法,1)计量值双侧规格界限,双侧规格界限是指既具有规格上限(TU)要求，又有规格下限(TL)要求的情况(1)无偏规格中心 与分布中心 重合 计算公式：,

6、11,例1,因此有,由式:,根据工序能力指数Cp计算。,工序不合格品率p 的估计：,直接根据规格上、下限TU、TL 以及工序分布的数字特征，估 计 和 进行计算,例1,根据某工序加工零件的测试数据计算得出，=6.5,S=0.0055，规格要求为。试求该工序的过程能力指数及不良品率。,12,解：,13,当k，即eT/2时，规定Cpk=0(图中，曲线2),(2)有偏规格中心 与分布中心 不重合,有偏时工序能力指数与不合格品率,e,e,TL,TU,P1,P2,Tm,T,计量值双侧规格界限,采用“用Cp和k值估计不合格品率”,不合格品率估计：,讨论,或,工序能力指数：,偏移系数：,计算公式：(图中曲线

7、1)绝对偏移量：,14,当位于公差界限之外时，。此时，则。此时的 Cpk 为“0”,当,恰好位于公差中心时，,从而K=0，则，这是“无偏”的情况，即理想状态。,当,恰好位于公差上限或下限时，,从而K=1；,即：,当时，工序加工过程中的不合格品率 大于或等于50%。对不合格品率这样大的工序，已远远不能满足加工的质量要求，故认为此时的工序能力指数为“0”。因此 时此公式使用合理.,讨论,例2,15,测试一批零件外径尺寸的平均值=19.0101，S=0.0143，规格要求为，试计算过程能力指数并估计不合格品率。,解：由题意：,或由CpK=0.816，k=0.145查下表得不良品率估计约为2.1%2.

8、3%,计算Cpk,不合格品率计算：,2)计量值单侧规格界限,(1)仅给出规格上限TU,16,计算公式：,不合格品率估计：,解：,不合格品率：,当TU 时，p50%，则规定CpU0,例 某零件质量要求加工后不得大于71g，测试部分数据后得 70.2g，S0.24g，试计算过程能力指数CpU及不合格品率pU。,计量值单侧规格界限,(2)仅给出规格下限TL,17,计算公式：,不合格率估计：,当 TL 时，p 50%，则规定Cp0,例3 要求零件淬火后的硬度HRC71，实测数据后计算得 HRC73；S1，试计算过程能力指数Cp及不良品率p。,解：,不良品率：,计数值计件值,(1)取k个样本，每个样本的

9、样本容量分别为n1，n2，nk，每个样本中的不合格品数为d1，d2，dk。,18,(3)计算过程能力指数Cp,(2)计算平均不合格品率及平均样本量,计算公式 以不合格品率上限pU作为规格要求：,例1 某产品规格要求pU0.1，现取5个样本，n1n2n5100,各样本中不合格品数为：d17，d25，d36，d42，d54，求过程能力指数Cp。,19,解：,计数值计点值,计算公式 规格要求是单位产品平均缺陷(或疵点数)上限或不合格品率很小时的样本中不合格品数上限CU,20,(3)计算过程能力指数Cp,(2)计算平均疵点数(或平均不合格品数),(1)取k个样本，每个样本的样本容量分别为n1,n2，n

10、k，每个样本的疵点数(或不 合格品数)为C1，C2，Ck。,解：,例2：设某产品规格要求单位产品平均缺陷上限CU2，取容量为10的样本5个，各样本中产品的缺陷数分别为C17；C25；C36；C4 2；C54，求过程能力指数Cp。,21,4.,22,QS9000标准提出 新概念实绩指数长期过程能力指数。表1.短期过程能力指数与长期过程能力指数,表1.短期与长期过程能力指数,23,续表1.短期与长期过程能力指数,24,无偏的情况的 表示过程加工的一致性，即“质量能力”越大，则质量特性值的分布越“苗条”，质量能力越强；而有偏移情况的 表示过程中心 与规范中心 的偏移情况，越大，则二者偏离越小，也即过

11、程中心对规范中心越“瞄准”，这是过程的“质量能力”与“管理能力”二者综合的结果。故 与 二者的重点不同，需要同时加以考虑。,25,的比较与说明,用Cp和k值估计不合格品率P 单位：%,也要联合考虑,27,表2.控制原则的不合格品率,联合应用Cp与Cpk所代表的合格品率（%）,28,3 SCAT（快速简易判断）法,问题的提出：在实际中，经常需要在短时间内判断工序能力的满足程度。如：新设备的验收要很快出结果；破坏性检验不可能做大量的切削而得到结果成本加大。,29,SCAT法：是把预先规定的过程能力是否合格的判断值同样本得到的极差R进行比较，以判断过程能力是否满足要求。,SCAT（快速简易判断）法步

12、骤,30,表3.SCAT法的判断基准,31,例:假设需要快速检定一台用来加工轴径为 的某种零件的机床，是否满足过程能力的要求。,解：1）选择n=8的抽样方案，取n1=8，随机样本n1经检验后其质量特性值为：9.98，9.99，10.02，10.01，9.99，10.00，10.01，10.01。,32,2）计算判断值表 根据公差界限 知，,T=TU-TL=10.05-9.95=0.1,根据SCAT法判断基准表计算得判断值表如下：,判断值表,33,3）计算样本n1的极差R1,34,将R1与表5.3.7中的判断值进行比较，因为0.0190.040.054，所以不能对过程能力作出判断,R1=Xmax

13、 Xmin=10.02-9.98=0.04,4）随机抽取第二个样本n2=8，经检验后其质量特性值为：9.99，9.99，10.00，10.01，10.00，10.01，10.00，10.01。,得R2=Xmax Xmin=10.01-9.99=0.02，R1+R2=0.06,将R1+R2与表5.3.7中的判断值进行比较，因为0.0550.060.090，所以不能对过程能力作出判断,35,5）随机抽取第三个样本n3=8，经检验后其质量特性值为：9.99，10.00，10.01，10.00，9.98，10.01，10.01，9.99。,得R3=Xmax Xmin=10.01-9.98=0.03，R

14、1+R2+R3=0.09,将R1+R2+R3与表5.3.7中的判断值进行比较，因为0.09 0.092，所以此时对过程能力作出合格的判断,即该机床能够满足过程能力要求,4.过程能力的评价与处置,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。根据过程能力指数的大小一般可将加工分为五类：见P132表3.8.2-1过程能力指数Cp值评价参考 1 Cp 1.67 级加工 2 1.67 Cp 1.33 级加工 3 1.33 Cp 1 级加工 4 1 Cp 0.67 级加工 5 Cp 0.67 级加工,36,转过程能力调查,1、Cp 1.67 级加工,当质量

15、特性服从正态分布，且分布中心 与规格中心 重合时，T 10S，不合格品率p 0.00006%。（见图）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，经济地降低工序能力。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)合并或减少工序也是常用的方法之一。,37,2、1.67 Cp 1.33 级加工,当 时，10ST 8S，不合格品率 0.00006%p 0.006%。（见图）对

16、精密加工而言，工序能力适宜；对一般加工来说工序能力仍比较充裕，有一定贮备。措施：(1)允许小的外来波动；(2)非关键工序可放宽检验；(3)工序控制的抽样间隔可适当放宽。,38,3、1.33 Cp 1 级加工,当 时，8S T 6S，不合格品率 0.006%p 0.27%（见图）对一般加工而言，过程能力适宜。措施：(1)对工序进行严格控制，使生产过程处于良好的稳定、正常状态，并保证不降低工序的质量水平;(2)一旦发现工序有异常状态出现，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。,39,4、1 Cp 0.67 级加工,当 时，6S T4S，不合格品率0.27%p

17、4.55%。过程能力不足，不合格品率较高。（见图）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过程能力。(2)要加强检验，必要时实行全检。,40,5、Cp0.67 级加工,当 时，T4S，不合格品率p4.55%。（见图）工序能力严重不足，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，提高工序能力；(2)为了保证产品的出厂质量，应通过全数检查；(3)若更改设计、放宽规格要求 不致影响产品质量或从经济性考虑更为合理时，也可以用更改设计的方法予以解决，但要慎重处理。,41,加工分类,42,5.过程能力调查,过程能力是保证和提高产品

18、质量的重要因素，了解和掌握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。一 过程能力调查程序 二 过程能力调查的应用,43,过程能力调查程序,44,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,过程能力充分,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,过程能力分析,追查不稳定原因,过程能力过强,

19、过程能力不足,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、过程能力调查的应用,1.工艺验证 工艺验证就是通过工艺实施，验证设计的可行性和合理性。它是联系设计和制造的纽带。在工艺验证中，通过过程能力调查，可以达到：(1)选择既可实现设计质量、又可采用经济又合理的设备、工艺、原料与技术；(2)确认适宜的过程能力，并确定与之相适应的工艺规程、技术标准、作业指导书及管理对象与方法等；(3)对设计的合理性进行验证，并提出修改设计的依据。2.工艺诊断 过程质量水平需要提高、生产过程不稳定以及工序质量水平显著下降等场合，都必须进行过程能力调查。它可为工艺诊断提供可靠的资料和依据。3.

20、技术经济分析 如对比不同加工过程的过程能力、质量水平和经济性；从适宜的过程能力出发确定经济合理的设备维修与保养标准；为技术改造、设备更新提供经济合理的过程能力依据等。4.对比分析 用于设备鉴定、调试、工艺方法、操作方法对比以及技术考核等5.为工序控制、检查方式、产品说明书、质量体系等提供资料,45,习题1:根据下列直方图计算。如果技术要求为,请计算过程能力指数并估计不合格品率。(1mm=1000um),习题1 示意直方图,46,20.985,习题2:某批外购件，其规格尺寸为4.5-0.05mm而收货合同则允许1%的废品，现从该批零件中随机抽取100个零件，经检验计算得平均值为4.48mm，标准差为0.008mm试决定这批零件的收货情况.,47,习题1解：频数分布表,48,E=49,由题知：Xo=16 h=4,平均值、标准差计算,49,习题2:某批外购件，其规格尺寸为4.5-0.05mm而收货合同则允许1%的废品，现从该批零件中随机抽取100个零件，经检验计算得平均值为4.48mm，标准差为0.008mm，试决定这批零件的收货情况.,50,