過程能力與測量系統(tǒng)分析

過程能力與測量系統(tǒng)分析廈門TTE總經(jīng)理室：賴炳和目錄一.過程能力力分析二.測量系統(tǒng)統(tǒng)分析一.過程程能力分分析一、基本本概念就是對過過程中影影響產(chǎn)品品質(zhì)量的的各類因因素（５５Ｍ１ＥＥ：人．．機(jī)．料料．法．．環(huán)．測測）進(jìn)行行分析，，找出主主導(dǎo)因素素，調(diào)查查這些因因素與產(chǎn)品質(zhì)量量特性之間的關(guān)關(guān)系，然然后建立立過程因因素管理理標(biāo)準(zhǔn)（（或質(zhì)量量控制計計劃），，根據(jù)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（或或質(zhì)量控控制計劃劃展開過過程質(zhì)量量控制活活動；1.過程能力力分析:2.過程能力力：是指構(gòu)成成過程的的六大要要素（５Ｍ１１Ｅ：人人．機(jī)．．料．法法．環(huán)．．測）處于穩(wěn)定定狀態(tài)時時，產(chǎn)品品質(zhì)量波波動程度度的數(shù)量量表示，，它反映映了過程程的實際際能力，，通常用用產(chǎn)品特特性波動動標(biāo)準(zhǔn)差差σ來度量；；3.過程能力力指數(shù)：：過程質(zhì)量量要求與與過程能能力的比比值，常常用Ｃp表示：Ｃp＝Ｔ／６６σ過程能力力只表示示過程的的實際加加工能力力，而與與產(chǎn)品的的技術(shù)要要求無關(guān)關(guān)，為了了衡量過過程能力力滿足過過程技術(shù)術(shù)要求程程度，因因此引入入了過程程能力指指數(shù)的概概念；一、保證證產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量的基基礎(chǔ)工作作；二、提高高過程能能力的有有效手段段；三、找出出產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量改進(jìn)進(jìn)的方向向；四、向客客戶證明明加工過過程能力力。進(jìn)行過程程能力分分析的意意義過程能力力有關(guān)的的幾個統(tǒng)統(tǒng)計量1.sigma(σ))-短期制程程:長期制程程:2.Cp(CpuCpl)::--Pp3.Cpk:--Ppk二、過程程能力指指數(shù)的計計算一計量量值1雙側(cè)規(guī)格格界限（1）無偏（2）有偏2單側(cè)規(guī)格格界限（1）僅給出出規(guī)格上上限TU（2）僅給出出規(guī)格下下限TL計量值P1P2LslUslμf（x）σT雙側(cè)規(guī)格格界限是是指既具具有規(guī)格格上限(TU)要求，又又有規(guī)格格下限(TL)要求的情情況(1)無偏-規(guī)格中心心μ與分布中中心重合合●計算公公式：1.雙側(cè)規(guī)格格界限①不合合格品率率估計：：

注：查標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)態(tài)函數(shù)分分布表可可得

Cp與不良率率P之間的關(guān)關(guān)系根據(jù)某工工序加工工零件的的測試數(shù)數(shù)據(jù)計算算得出，，=6.5,σ=0.0055，規(guī)格要要求為。。試求該工工序的過過程能力力指數(shù)及及不良品品率。例1解：xf（x）有偏時過程能力指數(shù)與不合格品率e12eLslUslP1P2μT(2)有偏——規(guī)格中心心μ與分布中中心不不重合合(2)有偏——規(guī)格中心心μ與分布中中心不重重合●計算公公式：絕對偏移移量：：偏移系數(shù)數(shù)：過程能力力指數(shù)：：或：例2:測試一批批零件外外徑尺寸寸的平均均值=19..0101s=0..0143，規(guī)格要要求為，，試計算算過程能能力指數(shù)數(shù)并估計計不合格格品率解：由題題意：計計算算cpk由Cp=0.816，k=0.145查表得不不良品率率估計約約為2.09%～2.46%μUslσx●計算公公式：1.僅有規(guī)格格上限（（Tu）說明：當(dāng)當(dāng)只有單單側(cè)規(guī)格格時，此此時的單單側(cè)過程程能力指指即為CPK例:某零件質(zhì)質(zhì)量要求求加工后后不得大大于71g，測試部部分?jǐn)?shù)據(jù)據(jù)后得＝70.2g，S＝0.24g，試計算算過程能能力指數(shù)數(shù)CPK解：(2)僅有規(guī)格格下限（（Tl）●計算公公式：μf（x）TLσxμ-TL說明：當(dāng)當(dāng)只有單單側(cè)規(guī)格格時，此此時的單單側(cè)過程程能力指指即為CPK例3要求零件件淬火后后的硬度度≥HRC71，實測數(shù)數(shù)據(jù)后計計算得＝＝HRC73；S＝1，試計算算過程能能力指數(shù)數(shù)Cpk解：三、計數(shù)數(shù)值1.從DPMO到Sigma(σ)水平DPMO是基于下下面的參參數(shù)計算算到:(1)D=缺陷數(shù)(2)O=單位缺陷陷數(shù)(3)U=單位數(shù)(4)DPMO=D//(U**O)**10例:計算出過過程DPMO=320PPM查正態(tài)分分布表可可得Z=3..59及為3.59Sigma(σ)水平6四、制程程不良率率PPM推算1.由計量型型數(shù)據(jù)的的正態(tài)分分布性質(zhì)質(zhì),我們可以以在Cpk的基礎(chǔ)上上通過查查表標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)正態(tài)分分布表右右邊機(jī)率率查出不不良率%:XUSLxLSL正態(tài)分布布(μ,σσ)Z2=3Cpu—查標(biāo)準(zhǔn)正正太分布布右邊機(jī)機(jī)率表及及為單邊邊不良率率P1%Z1=3Cpl—查標(biāo)準(zhǔn)正正太分布布右邊機(jī)機(jī)率表及及為單邊邊不良率率P2%■不良率率(總)=P1%+P2%例：某一一產(chǎn)品所所計算得得：Cpu==0.82Cpl==1.21,試估計制制程不良良率？不良率(總)=P1%+P2%Z1=3*Cpl=3*1.21=3..63((查正態(tài)分分布常數(shù)數(shù)表0.0142%%)Z2=3*Cpu==3*0.82=2.46(查正態(tài)分分布常數(shù)數(shù)表0.6947%%)總計不良良率=0.0142%+0.6947%%=0..7089%==7089PPM查《標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)態(tài)分布常常數(shù)表》2.產(chǎn)品特性性的上下下規(guī)格(USL,LSL),,在已知產(chǎn)產(chǎn)品平均均值及標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差時時,可直接用用EXCEL的計算功功能算出出不良率率:P%=(1--NORMDIST((USL,均值,標(biāo)準(zhǔn)差,1)+NORMDIST(LSL,均值,標(biāo)準(zhǔn)差,1)))*100%PPM=(1--NORMDIST((USL,均值,標(biāo)準(zhǔn)差,1)+NORMDIST(LSL,均值,標(biāo)準(zhǔn)差,1)))*1000000%%例:通過SPC計量型控控制圖已已知某一一產(chǎn)品的的USL==1.5mm,,LSL==1.0,X==1.31,σσ=0..07,,試估計制制程不良良率？P%=(1--NORMDIST(1.5,,1.31,0.07,1))+NORMDIST(1.0,,1.31,0.07,1)))*100%=(1--0.996679++0.00005)**100%=0.3326%=3326PPM五、長期期過程能能力指數(shù)數(shù)一、長期期過程能能力(ProcessPerformance))1.前面的短短期制程程能力研研究主要要是用于于:驗證過程程生產(chǎn)的的產(chǎn)品是是否符合合客戶要要求;驗證一個個新過程程或經(jīng)過過調(diào)整的的過程是是否已符符合生產(chǎn)產(chǎn)要求;2.而長期過過程能力力研究與與短期研研究差異異:不要過程程穩(wěn)定;標(biāo)準(zhǔn)差的的計算方方式不同同;Pp=（USL--LSL）/6δLTPpk==min(USL-u,u--LSL)/3δLTPpu==(USL-u)/3δLTPpl==(u--LSL)/3δLT六、目標(biāo)標(biāo)能力指指數(shù)CpmCpm是反映過過程輸出出μ與目標(biāo)值值m之間的偏偏差，主主要用于于反映過過程的期期望損失失：七、過程程能力的的評價與與處理過程能力力指數(shù)Cp客觀地、、定量地地反映了了過程能能力對規(guī)規(guī)格要求求的適應(yīng)應(yīng)程度，，因此它它是工序序能力評評價的基基礎(chǔ)。根根據(jù)過程程能力指指數(shù)的大大小一般般可將加加工分為為五類：：特級加工工:Cp＞1.67一級加工工:1.67≥Cp＞1.33二級加工工:1.33≥Cp＞1三級加工工:1≥Cp＞0.67四級加工工:Cp≤0.67工藝方面面（method))：如工藝流流程的安安排，過過程之間間的銜接接，工藝藝方法、、工藝裝裝備、工工藝參數(shù)數(shù)、過程程加工的的指導(dǎo)文文件、工工藝卡、、操作規(guī)規(guī)范、作作業(yè)指導(dǎo)導(dǎo)書等；；測量方面面(measure)：如測量儀儀器的精精度、穩(wěn)穩(wěn)定性、、測量者者的讀數(shù)數(shù)習(xí)慣、、測量方方法等等等都會對對結(jié)論的的形成產(chǎn)產(chǎn)生一定定的影響響；環(huán)境方面面(environment))：如生產(chǎn)產(chǎn)現(xiàn)場的的溫度、、濕度、、噪音干干擾、振振動、照照明、室室內(nèi)凈化化、現(xiàn)場場污染程程度等等等。影響過程程能力的的因素KCPK不好,CP好K不好,CP不好K好,CP好K好,CP不好提高過程程能力指指數(shù)的途途徑調(diào)整加工工過程的的分布中中心，減減少偏移移量K，即:提高過程程能力Cp,即減少分分散程度度σ;修訂標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn),增大范圍圍,即T;應(yīng)以制造造單位為為主,技術(shù)為副副,品管為輔輔應(yīng)以技術(shù)術(shù)單位為為主,制造為副副,品管為輔輔以上均不不能有效效解決時時,為提高良良品率降降低質(zhì)量量成本時時才加以以考慮二.測量量系統(tǒng)分分析測量系統(tǒng)統(tǒng)分析的的目的測量系統(tǒng)統(tǒng)分析的的目的是是確定所所使用的的數(shù)據(jù)是是否可靠靠測量系統(tǒng)統(tǒng)分析還還可以：：評估新的的測量儀儀器將兩種不不同的測測量方法法進(jìn)行比比較對可能存存在問題題的測量量方法進(jìn)進(jìn)行評估估確定并解解決測量量系統(tǒng)誤誤差問題題過程變差差剖析長期過程變差差短期抽樣產(chǎn)生生的變差差實際過程程變差穩(wěn)定性線性重復(fù)性準(zhǔn)確度量具變差差操作員造造成的變變差測量誤差差過程變差差觀測值值“重復(fù)性性”和和“再再現(xiàn)性””是測測量誤差差的主要要來源再現(xiàn)性過程變差差重復(fù)性和和再現(xiàn)性性精確性—描述了測測量系統(tǒng)統(tǒng)的偏差差可重復(fù)性性—偏差由量量具本身身造成；；（測量量系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)部變差差）可再現(xiàn)性性—偏差由測測量者的的技巧造造成；（（測量系系統(tǒng)之間間或條件件之間的的變差））

測量系統(tǒng)統(tǒng)誤差=重復(fù)性+再現(xiàn)性

重復(fù)性指同一人使用同一測量工具對同一對象（產(chǎn)品）的同一特性進(jìn)行多次測量中產(chǎn)生的變差，用于估計短期的變差MasterValue精確度：：重復(fù)性性重復(fù)性重復(fù)性重復(fù)性造成重復(fù)復(fù)性的可可能原因因零件內(nèi)部部（抽樣樣樣本））：形狀狀、位置置、表面面光度、、錐度、、樣本的的一致性性儀器內(nèi)部部：維修修、磨損損、設(shè)備備或夾具具的失效效、質(zhì)量量或保養(yǎng)養(yǎng)不好標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部部：質(zhì)量量、等級級、磨損損方法內(nèi)部部：作業(yè)業(yè)準(zhǔn)備、、技巧、、歸零、、固定、、夾持、、點密度度的變差差評價人內(nèi)內(nèi)部：技技巧、位位置、缺缺乏經(jīng)驗驗、操作作技能或或培訓(xùn)、、意識、、疲勞造成重復(fù)復(fù)性的可可能原因因（續(xù)））環(huán)境內(nèi)部部：對溫溫度、濕濕度、振振動、清清潔的小小幅度波波動錯誤的假假設(shè)—穩(wěn)定，適適當(dāng)?shù)牟俨僮魅狈Ψ€(wěn)健健的儀器器設(shè)計或或方法，，一致性性不好量具誤用用失真（量量具或零零件）、、缺乏堅堅固性應(yīng)用—零件數(shù)量量、位置置、觀測測誤差（（易讀性性、視差差）準(zhǔn)確度：：再現(xiàn)性性InspectorAMasterValueInspectorBInspectorCInspectorAInspectorBInspectorC再現(xiàn)性指不同的人在對同種特性進(jìn)行測量時產(chǎn)生的變差例：李梅梅與王丹丹各對10個模塊，，重復(fù)復(fù)測量3次進(jìn)行人人員測量量再現(xiàn)性性分析，，數(shù)據(jù)如如下：造成再現(xiàn)現(xiàn)性誤差差的潛在在原因零件之間間（抽樣樣樣本））：使用用相同的的儀器、、操作者者和方法法測量A、B、C零件類型型時的平平均差異異儀器之間間：在相相同零件件、操作作者和環(huán)環(huán)境下使使用A、B、C儀器測量量的平均均值差異異。注意意：在這這種情況況下，再再現(xiàn)性誤誤差通常常還混有有方法和和/或操作者者的誤差差。標(biāo)準(zhǔn)之間間：在測測量過程程中，不不同的設(shè)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的平均均影響。。方法之間間：由于于改變測測量點密密度、手手動或自自動系統(tǒng)統(tǒng)、歸零零、固定定或夾緊緊方法等等所造成成的平均均值差異異。評價人（（操作者者）之間間：評價價人A、、B、C之間由由于培訓(xùn)訓(xùn)、技巧巧、技能能和經(jīng)驗驗所造成成的平均均值差異異。推薦薦在為產(chǎn)產(chǎn)品和過過程鑒定定和使用用手動測測量儀器器時使用用這種研研究方法法。造成再現(xiàn)現(xiàn)性誤差差的潛在在原因（（續(xù)）環(huán)境之間間：在經(jīng)經(jīng)過1、2、3等時段所所進(jìn)行的的測量，，由于環(huán)環(huán)境周期期所造成成的平均均值差異異。這種種研究常常用在使使用高度度自動化化測量系系統(tǒng)對產(chǎn)產(chǎn)品和過過程的鑒鑒定。研究中的的假設(shè)有有誤缺乏穩(wěn)健健的儀器器設(shè)計或或方法。。操作者培培訓(xùn)的有有效性。。應(yīng)用—零件數(shù)量量、位置置、觀測測誤差（（易讀性性、視差差）測量系統(tǒng)統(tǒng)分析的的準(zhǔn)備工工作確定要測測量的對對象確定評價價人的人人數(shù)，抽抽樣零件件的數(shù)量量重復(fù)測量量的次數(shù)數(shù)評價人的的選擇樣件的選選擇儀器有足足夠的分分辨率確定測量量程度測量系統(tǒng)統(tǒng)分析的的兩個階階段階段一：：理解測測量過程程，確定定它是否否滿足要要求？第一階段段是驗證證測量系系統(tǒng)是否否滿足其其設(shè)計規(guī)規(guī)范要求求。此外外驗證是是否存在在任何與與測量相相互依賴賴的重要要環(huán)境問問題。第一階段段驗證的的結(jié)果可可能說明明操作環(huán)環(huán)境不會會對整個個測量系系統(tǒng)變差差產(chǎn)生重重大影響響。另外外，與重重復(fù)性和和再現(xiàn)性性要素相相比較，，測量裝裝置的偏偏倚和線線性影響響應(yīng)該較較小。測量系統(tǒng)統(tǒng)分析的的兩個階階段（續(xù)續(xù)）階段二：：隨著時時間推移移，測量量系統(tǒng)是是否能持持續(xù)滿足足要求？？從階段一一所得到到知識應(yīng)應(yīng)該被用用于改進(jìn)進(jìn)第二階階段的測測量。例例如，如如果在整整個測量量系統(tǒng)變變差中，，重復(fù)性性和再現(xiàn)現(xiàn)性的影影響很大大，那么么在第二二階段中中可能要要周期性性簡單地地進(jìn)行這這兩個因因素的統(tǒng)統(tǒng)計實驗驗。第二階段段是對變變差的主主要原因因提供持持續(xù)的監(jiān)監(jiān)控，從從而說明明測量系系統(tǒng)是持持續(xù)可信信的，或或隨著時時間的推推移，測測量系統(tǒng)統(tǒng)是否出出現(xiàn)變壞壞的信號號。連續(xù)變理理測量系系統(tǒng)分析析極差法：：短期方方法，快快速的近近似值均值—極差法：：長期方方法，將將變差分分解為重重復(fù)性和和再現(xiàn)性性、但不不確定兩兩者的相相互作用用。ANOVA分析法：：標(biāo)準(zhǔn)的的統(tǒng)計技技術(shù)，可可將變差差分為四四類：零零件、評評價人、、零件與與評價人人之間的的相互作作用，以以及量具具造成的的重復(fù)誤誤差。

%R&&RResults<5%很好￡10%好10%––30%可以接受受，視被被測量特特性的重重要程度度和測量成本本等因素素而定。。>30%測量系統(tǒng)統(tǒng)需要改改進(jìn)GageR&&R判斷原則則如果重復(fù)復(fù)性大于于再現(xiàn)性性，原因因可能是是：儀器需要要維修可能需要要對量具具進(jìn)行重重新設(shè)計計，以獲獲得更好好的嚴(yán)格格度需要對量量具的夾夾緊或固固定裝置置進(jìn)行改改進(jìn)零件內(nèi)變變差太大大如果再現(xiàn)現(xiàn)性大于于重復(fù)性性，原因因可能是是：需要更好好的對評評價人進(jìn)進(jìn)行如何何使用和和判讀該該量具儀儀器的培培訓(xùn)量具校準(zhǔn)準(zhǔn)，刻度度不清晰晰某種夾具具幫助評評價人更更一致地地使用量量具。R&R對過程變變差計算算的影響響觀測到的的過程變變差實際的過過程變差差測量系統(tǒng)統(tǒng)的變差差P/T與%R&R將測量系系統(tǒng)的變變差與產(chǎn)產(chǎn)品容差差比較是是最常用用的方法法:P/T可以表達(dá)達(dá)與產(chǎn)品品規(guī)范比比較時的的好壞程程度.產(chǎn)品規(guī)范范的制訂訂有時會會太緊，，有時又又太松。。一般來說說，當(dāng)測測量系統(tǒng)統(tǒng)只是用用來檢驗驗生產(chǎn)線線樣品是是否合格格時，P/T是很有效效的。因因為這時時候，即即使過程程能力(Cpk)不足，P/T也可以給給你足夠夠的信心心來判斷斷產(chǎn)品的的好壞測量系統(tǒng)統(tǒng)變差與與過程變變差的比比較（%R&R）更適合合于研究究過程的的能力與與過程改改進(jìn)。PTTolerance（容差）測量系統(tǒng)/.*=515sTolerance=USL-LSL%&RR測量系統(tǒng)總過程變差=′ss100%R&R=20%%%R&R=50%%過程實際的變差%R&R=100%產(chǎn)品的容差LSLUSL測量系統(tǒng)統(tǒng)變差P/T==20%P/T==50%P/T==100%%%R&R=25%%%R&R=50%%過程實際變差%R&R=100%產(chǎn)品容差（Tolerance）LSLUSL測量系統(tǒng)統(tǒng)變差P/T==50%P/T==100%%P/T==200%%%R&R=20%%%R&R=40%%%R&R=100%產(chǎn)品容差（Tolerance）LSLUSL測量系統(tǒng)統(tǒng)變差P/T==10%P/T==20%P/T==50%過程實際際變差破壞性試試驗的測測量系統(tǒng)統(tǒng)分析在一些情情況下，