工序能力分析..课件

1、第四章 工序(过程)能力分析 4.1 质量波动4.2 基本概念 4.3 过程能力指数的计算4.4 过程能力指数计算中的一些问题4.5 过程能力调查 14.1 质量波动一、质量波动及其原因二、质量波动的统计规律三、工序（过程）质量的两种状态四、工序（过程）控制的基本要求2一、质量波动及其原因质量差异是生产制造过程的固有本质，质量的波动具有客观必然性。工序质量控制的任务，是要把质量特性值控制在规定的波动范围内，使工序处于受控状态，能稳定地生产合格品。从引起质量波动的原因的性质来看，可分为：1、偶然性波动（chance of cause of variation）2、系统性波动（assignable

2、 of cause of variation）3质量波动及其原因偶然性波动系统性波动偶然性波动系统性波动转化相对的4质量波动及其原因操作者材料机器设备工艺方法工序质量是诸多因素的综合作用，将影响工序质量的因素归纳为“5M1E”测试手段环境条件产品设计工艺选择计划调度人员培训工装设备物资供应计量检验安全文明人际关系劳动纪律5二、质量波动的统计规律质量特性值的波动具有统计规律性质量波动的个别观测结果具有随机性，但在受控状态下的大量观测结果必然是呈现某种统计意义上的规律性。这种统计规律性是统计质量控制的必要前提和客观基础统计质量控制是统计质量管理中的一个重要问题所谓统计质量控制，就是对生产过程中工序

3、质量特性值进行随机抽样，通过所得样本对总体作出统计推断，采取相应对策，保持或恢复工序质量的受控状态。6三、工序质量的两种状态生产过程中，工序质量有两种状态：受控状态In control失控状态Out of control71.生产过程的受控状态 0 X(X) 0上控制界限UCL下控制界限LCL t 时间质量特性值82.生产过程的失控状态 0 ， = 0 ， 保持稳定。这时，从表面看，过程状态是稳定的，但由于质量特性或其统计量的分布集中位置（ ）已偏离控制中心（ 0 ），黑点越出控制界限某侧的可能性变大。 1 X(X) 0上控制界限UCL下控制界限LCL t 0 时间质量特性值9生产过程的失控状

4、态 =0 ， 0 ， 保持稳定。这时，由于质量特性或其统计量的分布分散程度（ ）变大，导致黑点越出控制限两侧的可能性变大。 0 X(X) 0上控制界限UCL下控制界限LCL t 时间质量特性值10生产过程的失控状态 0 ， 0 ， 和都保持稳定。这时，失控状态更复杂，失控程度可能更严重。11生产过程的失控状态 和中至少有一个不稳定，随时间变化。下图表示分布集中位置 不断增大时的工序质量失控状态。 X(X) 上控制界限UCL下控制界限LCL t 时间质量特性值12四、工序控制的基本要求一旦发现工序质量失控，就应立即查明原因，采取措施，使生产过程尽快恢复受控状态，尽可能减少因过程失控所造成的质量损

5、失。如某厂的“5110”工程是指： 在质量检验过程中，5个1检验，不能有1个不合格品，若有1个不合格，就需追查到前5个产品是否都合格。134.2工序（过程）能力分析的基本概念 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 14一工序过程能力1 概念：所谓工序过程能力，是指工序过程处

6、于稳定、标准状态下，工序过程在加工精度方面的实际加工能力。 工序过程处于稳定状态，是指工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 ； 工序过程处于标准状态，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

7、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。15注意：过程能力与生产能力不同过程能力是衡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。162 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。 174 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：

8、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关参数估计：184 过程能力分类：短期过程能力和长期过程能力长期过程能力：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：19二 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：202 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

9、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。214.3 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二 计数值 1 计件值 2 计点值三 SCAT（快速简易判断）法2

10、21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：P1P2TLTUTmf（x）T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 23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。解：24当k，即eT/2时，规定Cpk=0 (图中，曲线2)有偏时工序能力指数与不合格品率xF(x)e1BTLTUP1P2TmT计量值双侧规格界限采用“用

11、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1)绝对偏移量 ：(2)有偏规格中心 与分布中心 不重合25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26例2测试一批零件外径尺寸的平均值 = 19.0101，S = 0.0143，规格要求

12、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%2.3% 计算Cpk不合格品率计算：272计量值单侧规格界限(1)仅给出规格上限TUf（x）TUx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。28计量值单侧规格界限(2)仅给出规格下限TLf（x）TLx-TL 计算公式： 不合格率估计：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

13、过程能力指数Cp及不良品率p。解：不良品率：当 TL 时，p 50%，则规定Cp029计数值计件值 (1)取k个样本，每个样本的样本容量分别为n1，n2，nk，每个样本中的不合格品数为d1，d2，dk。(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：30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。解：31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(3 )计算过程能力

14、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，nk，每个样本的疵点数(或不 合格品数)为C1，C2，Ck。32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。334.QS9000标准提出 新概念实绩指数长期过程能力指数。短期过程能力指数与长期过程能力指数汇总表34短期与长期过程能力指数汇总代号过程能力指数计算公式式中无偏移短期无偏上侧短期无偏下侧短期有偏移短期35短期与长期过程能力指数汇总代号过程能力指数计算公式式中无

15、偏移长期无偏上侧长期无偏下侧长期有偏移长期36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。的比较与说明37用Cp和k值估计不合格品率P 单位：%Cp k0.030.040.080.120.160.200.240.280.320.360.400.440.480.25.0.5013.3613.3413.6413.9914.4815.101

16、5.8616.7517.7718.9220.1921.5823.0924.710.607.197.267.487.858.379.039.8510.8111.9213.1814.5916.5117.8519.690.703.573.643.834.164.635.245.996.897.949.1610.5512.1013.8415.740.801.641.691.892.092.462.943.554.315.216.287.538.9810.6212.480.900.690.730.831.001.251.602.052.623.344.215.276.538.029.751.000.27

17、0.290.350.450.610.841.141.552.072.753.594.655.947.491.100.100.110.140.200.290.420.610.881.241.402.393.234.315.661.200.030.040.050.080.130.200.310.480.721.061.542.193.064.201.300.010.010.020.030.050.090.150.250.400.630.961.452.133.061.400.000.010.010.010.040.070.130.220.360.590.931.452.191.500.000.01

18、0.020.030.060.110.200.350.590.961.541.600.000.010.010.030.060.110.200.360.631.071.700.000.010.010.030.060.110.220.400.721.800.000.010.010.030.060.130.250.481.900.000.010.010.030.070.150.312.000.000.010.020.040.090.202.100.000.010.020.050.132.200.000.010.030.082.300.010.020.052.400.000.010.032.500.10

19、0.022.600.000.012.700.012.800.0038也要联合考虑K不合格品率说明值11 水平的合格品率为68%0.3322 水平的合格品率为95.4%0.6733 水平的合格品率为99.73%1.044 水平的合格品率为99.994%1.3355 水平的合格品率为99.9999%1.6766 水平的合格品率为100%2.0控制原则的不合格品率39联合应用 与 所代表的合格品率（%）0.330.6811.331.672.000.3367.36884.0084.13484.13484.1344784.134470.6895.4597.72297.72597.72497.724991

20、.0099.7399.86599.8650199.865011.3399.99499.9968399.996831.6799.9999499.999972.0099.999999403 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。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。41SCAT（快速简易判断）法步骤决定SCAT法的适用特性用公差T（表5.3.6）决定合格与不合格判断值加工8件（或4件）样品，按加工顺

21、序测量记录计算极差计算累计极差 R将 R与合格及不合格判断值进行比较作出判断能判断不能判断核实抽样次数：每加工8件时抽4次，每加工4件时抽8次一般机械能力调查的替换42表4.3.6 SCAT法的判断基准抽样批次样品数4个样品数8个合格判断值不合格判断值合格判断值不合格判断值1234567843例4.3.5 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。2）计算判断值表 根据公差界限 知，T=TU-T

22、L=10.05-9.95=0.1根据SCAT法判断基准表5.3.6计算得判断值表5.3.744表4.3.7 判断值表判断值次数合格判断值不合格判断值1234453）计算样本n1的极差R1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 Xmin = 10.02-9.98=0.044）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

23、.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465）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，R1+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47 4.4 过程能力指数计算中的一些问题过程能力指数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。

24、根据过程能力指数的大小一般可将加工分为五类：见P130表5-2过程能力指数Cp值 评价参考1 Cp 1.67 级加工 P0.00006%2 1.67 Cp 1.33 级加工 0.00006% P 0.006%3 1.33 Cp 1 级加工 0.006% P 0.27% 4 1 Cp 0.67 级加工 0.27% P 4.55% 5 Cp 0.67 级加工 P 4.55% 转过程能力调查一、过程能力的评价与处置481 Cp 1.67 级加工 当质量特性服从正态分布，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

25、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。492 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

26、)工序控制的抽样间隔可适当放宽。 503 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。 514 1 Cp 0.67 级加工当 时，6S T4S ，不合格品率0.27%p 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

27、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。 525 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。53加工分类f(x)级级级级级TmT3=4T0=10T1=8T2=6级级级级54二、过程能力指数计算中应注意的几个问题1.要选取关键的质量特性2.根据多变异分析确定合理的抽样方案主

28、要变异为产品内变异时：应在一个产品中多选几个测量点；变异大时，多选几个产品内测量点；一般选35个。主要变异是产品间变异时：连续多抽几个产品，一般每次至少抽3个，产品间变异很大时抽510个样本。3.样本含量问题：样本含量小于30时，难以判断数据分布的正态性，很难说明抽样时过程处于稳定或受控状态。一般样本含量大于50554.过程的稳定性：过程不稳定计算过程能力指数没有任何意义；控制图分析过程是否稳定。5.数据分布的正态性问题：通过直方图进行检验。6.超常值问题：个别数据明显与其他数据不同就是超常值。查明原因予以剔除。7.数据的独立性问题：检查过程抽样数据与抽样时间顺序是否有关，可以绘制趋势图及相关

29、系数进行检验。8.测量系统能力问题：56说明过程能力严重不足，过程的主要问题是标准差太大，改进过程应首先着眼于降低过程的波动。说明过程能力分布中心u偏离公差中心TM太多，改进过程应首先调整分布中心u使之更加接近公差中心TM 。说明过程分布中心u和标准差都有问题，解决的办法是先调整分布中心使之更加接近公差中心TM ，然后设法降低过程的波动。P123例：5-357四、过程能力指数计算必须满足三个条件过程处于受控状态影响过程能力的因素只有随机性变异没有系统性变异质量特征值是相互独立的产品的质量特性值服从正态分布58 4.5 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 59过程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，进行工序控制过程能力充分计算并分析Cp或Cpk作直方图、趋势图、