第6章-過程能力分析課件

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產(chǎn)品質(zhì)量波動是生產(chǎn)中的客觀存在的一種現(xiàn)實。即使是按相同的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、材料標(biāo)準(zhǔn)、工藝標(biāo)準(zhǔn)，在同一時期內(nèi)由同一生產(chǎn)工廠制造的同一品種、規(guī)格、型號的產(chǎn)品，也總是存在差別。工序質(zhì)量在各種影響因素的制約下，呈現(xiàn)波動性。工序質(zhì)量波動包括產(chǎn)品之間的波動、單個產(chǎn)品與目標(biāo)值之間的波動。工序質(zhì)量波動可分為正常波動和異常波動兩類。第一節(jié)過程質(zhì)量的兩種波動

1．正常波動

工序中的正常波動又稱隨機波動。原材料性質(zhì)上的微小差異，機床的輕微振動，刀具的正常磨損，夾具的微小松動，工人操作上的微小變化，車間溫度、濕度的微小變化等，它們都會使工序質(zhì)量產(chǎn)生波動。但是它們在什么時候發(fā)生，具有一定的隨機性（偶然性），因此，亦稱隨機波動。正常波動對工序質(zhì)量的影響較小，在技術(shù)上難以測量和消除。2．異常波動

工序中的異常波動又稱系統(tǒng)波動。它是由某種特定原因引起的，例如混入了不同規(guī)格成分的原材料，機床、刀具的過度磨損，夾具的嚴(yán)重松動，機床或刀具安裝和調(diào)整不準(zhǔn)確，孔加工基準(zhǔn)尺寸的誤差，界限量規(guī)基準(zhǔn)尺寸的誤差等，引起了工序誤差等，引起了工序質(zhì)量的較大波動。異常波動對工序質(zhì)量的影響較大。第一節(jié)過程質(zhì)量的兩種波動過程控制的作用和目的在于控制過程的生產(chǎn)技術(shù)條件，努力避免和減少各種因素的影響，使產(chǎn)品質(zhì)量波動限制在允許的范圍之內(nèi)。對產(chǎn)品質(zhì)量波動的限制通常是根據(jù)顧客要求，規(guī)定有關(guān)質(zhì)量特性值的公差范圍，如機械加工產(chǎn)品尺寸的公差值、熱處理表面硬度的公差值、電鍍鍍層厚度的公差值等。

公差是一個使用范圍很廣的概念。對于機械制造來說，制定公差的目的就是為了確定產(chǎn)品的幾何參數(shù)，使其變動量在一定的范圍之內(nèi)，以便達(dá)到互換或配合的要求。幾何參數(shù)的公差有尺寸公差、形狀公差、位置公差等。如尺寸公差，指允許尺寸的變動量，等于最大極限尺寸與最小極限尺寸的差的絕對值。公差表示了零件的制造精度要求，反映了其加工難易程度。所以公差值，就是指公差數(shù)值的大小。人們根據(jù)顧客要求、技術(shù)能力和生產(chǎn)成本確定合理的公差范圍并不難，難的是在實際生產(chǎn)過程中使大批量生產(chǎn)的每一個產(chǎn)品或每一個零部件的質(zhì)量都控制在這個公差范圍內(nèi)，這就要求每一道工序都必須有可靠的質(zhì)量保證能力。也就是說，控制產(chǎn)品質(zhì)量波動的關(guān)鍵在于保證工序能力（或過程能力）。第二節(jié)過程能力的基本概念一、過程能力（工序能力）－－過程能力是描述加工過程客觀存在著分散的一個參數(shù)，是處于穩(wěn)定狀態(tài)下工序的實際加工能力。是生產(chǎn)過程在一定時間內(nèi)處于統(tǒng)計控制狀態(tài)下制造產(chǎn)品的質(zhì)量特性值的經(jīng)濟波動幅度，它又叫加工精度。用“B”表示。①原材料或上一道工序半成品按照標(biāo)準(zhǔn)要求供應(yīng)；②本工序按作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實施，并應(yīng)在影響工序質(zhì)量各主要因素（人、原材料、設(shè)備、方法和環(huán)境）無異常的條件下進(jìn)行；③工序完成后，產(chǎn)品檢測按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。過程能力的測定一般是在成批生產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)行的。工序滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的能力主要表現(xiàn)在以下兩個方面：①產(chǎn)品質(zhì)量是否穩(wěn)定；②產(chǎn)品質(zhì)量精度是否足夠。因此，在確認(rèn)過程能力可以滿足精度要求的條件下，過程能力是以該工序產(chǎn)品質(zhì)量特性值的變異或波動來表示的。產(chǎn)品質(zhì)量精度要求是指產(chǎn)品質(zhì)量特性值的波動限制在一定范圍。從兼顧全面性和經(jīng)濟性的角度，一般?。?/p>

B＝6σ

（99.73%）反映一組產(chǎn)品質(zhì)量波動和分布的數(shù)據(jù)指標(biāo)主要有平均值、極差R和標(biāo)準(zhǔn)差s。可應(yīng)用正態(tài)分布來研究和控制其變化規(guī)律。正態(tài)分布的平均值μ描述了質(zhì)量特性值x分布的集中位置，正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)差σ描述了質(zhì)量特性值x分布的分散程度。μ和σ這兩個參數(shù)確定后，服從正態(tài)分布的質(zhì)量特性值x的分布曲線就確定了；而且，在±3σ的范圍內(nèi)，包含了99.73%的質(zhì)量特性值。這就是說，人們不必從-∞到+∞范圍去分析所有的質(zhì)量特性值，只要著重分析平均值μ附近±3σ范圍內(nèi)的質(zhì)量特性值，就能夠把握總體。當(dāng)X～N（μ，2）時，P（μ-3，μ+3）=99.73%。所以，（μ-3，μ+3）幾乎包括了質(zhì)量特性值X的實際分布范圍。顯然，B越小，工序能力越強。-4

-3

-2-1

X1

2

3

4因此，工序能力可以定量地表示為6σ。顯然，如果一批產(chǎn)品的質(zhì)量特性值集中趨近于平均值μ，標(biāo)準(zhǔn)差σ小，就表示這批產(chǎn)品的質(zhì)量波動小，生產(chǎn)該批產(chǎn)品的工序能力強。將工序能力記為B，則B=6σ。二、過程能力與過程性能過程性能——長期過程能力過程能力——短期過程能力過程性能是指未被證明處于統(tǒng)計受控狀態(tài)的過程特性的輸出的統(tǒng)計度量。

三、影響過程能力的因素

操作者原料環(huán)境設(shè)備方法工序能力如工序質(zhì)量特性值X的數(shù)學(xué)期望是μ，標(biāo)準(zhǔn)差為，則工序能力為

B=6其中：=公式表明，工序受控狀態(tài)下加工質(zhì)量的保證能力受5M1E諸因素的影響。第三節(jié)過程能力指數(shù)（工序能力指數(shù)）一、定義過程能力指數(shù)是反映過程能力滿足產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范、公差等）能力的參數(shù)。一般記做CP或PCI（ProcessCapability

Index)。－－過程能力指數(shù)是技術(shù)要求和過程能力的比值。CP＝技術(shù)要求過程能力TTUTLMμM：公差分布中心μ：樣本分布中心

T

：公差范圍TU

：上偏差TL

：下偏差工序產(chǎn)品質(zhì)量的波動突出地反映在工序能力上。6σ值代表著企業(yè)的工序能力，代表著生產(chǎn)過程的質(zhì)量。公差或規(guī)格（或質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）既代表產(chǎn)品的技術(shù)要求，也代表顧客的要求。公差與6σ的比較，反映過程質(zhì)量滿足產(chǎn)品技術(shù)要求和顧客要求的程度，這就是工序能力指數(shù)的含義。在實際生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品總體在生產(chǎn)線上是動態(tài)流動的，求得總體的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差往往是不現(xiàn)實也沒有必要。但是，樣本的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差是可以測量的，人們可以通過抽樣，用樣本的平均值去估計總體的平均值，用樣本的標(biāo)準(zhǔn)差去估計總體的標(biāo)準(zhǔn)差。設(shè)工序能力指數(shù)為Cp

，公差為T，TU和TL分別為公差上限和下限(upper/lowtolerancelimit)，質(zhì)量特性值的總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為μ和σ，樣本平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為

和s。那么，工序能力指數(shù)的計算如下：工序能力指數(shù)Cp值，是衡量工序能力大小的數(shù)值。工序能力指數(shù)越大，說明工序能力越能滿足技術(shù)要求，甚至有一定的儲備。x二、工序能力指數(shù)的計算：1、雙側(cè)公差且分布中心和標(biāo)準(zhǔn)中心重合的情況：例：某零件的強度的屈服界設(shè)計要求為4800～5200kg/cm2，從100個樣品中測得樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差為62kg/cm2，求工序能力指數(shù)。2、雙側(cè)公差且分布中心和標(biāo)準(zhǔn)中心不重合的情況例1：設(shè)零件的尺寸要求（技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）是Φ30±0.023，隨機抽樣后計算樣本特性值為平均值=29.997，Cp=1.095，求Cpk。M=(30.023+29.977)/2=30T=30.023-29.977=0.046M-平均值=30-29.997=0.003Cpk=Cp（1-K）=1.095*（1-0.003/0.023）=0.952例2：設(shè)零件的尺寸要求（技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）是20±0.15

，隨即抽樣后計算樣本特性值為平均值=20.05，S=0.05，求Cpk。M=20T=20.15-19.85=0.3M-平均值=20.05-20=0.05Cpk=（T-2ε）/6S=（0.3-2*0.05）/6*0.05=0.673、單側(cè)公差，只規(guī)定上限標(biāo)準(zhǔn)時，工序能力指數(shù)：Cp上=（TU-μ）/3σ=（TU-μ）/3S注意：當(dāng)μ≧TU時，則認(rèn)為Cp上=0。例：某一產(chǎn)品含某一雜質(zhì)要求最高不能超過12.2毫克，樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.038，平均值為12.1，求工序能力指數(shù)。Cp上=（TU-μ）/3σ=（x-μ）/3S=（12.2-12.1）/3*0.038=0.8774、單側(cè)公差，只規(guī)定下限標(biāo)準(zhǔn)時，工序能力指數(shù)：Cp下=（μ-TL）/3σ=（μ-TL）/3S注意：當(dāng)μ≦TL時，則認(rèn)為Cp下=0。例：某金屬材料抗拉強度的要求不得少于32kg/cm2，抽樣后測得：平均值為38，S為1.8，求工序能力指數(shù)。Cp下=（μ-TL）/3σ=（μ-TL）/3S=（38-32）/（3*1.8）=1.11例：某工廠生產(chǎn)某種絕緣件，要求耐壓不低于120伏。從某月生產(chǎn)的產(chǎn)品中抽取125件樣品進(jìn)行試驗，由試驗數(shù)據(jù)計算出：平均值=4000伏，s=660.

根據(jù)公差為單側(cè)下限要求時的計算公式，可計算出：

Cp=（4000-1200）/（3*660）=1.414過程能力指數(shù)－雙側(cè)公差圖例計算公式例題與M重合某零件質(zhì)量要求為20±0.15，抽樣100件，測得：＝20.00mm

σ

＝0.05mm

＝1與M不重合某零件質(zhì)量要求為20±0.15，抽樣100件，測得：＝20.05mm，σ

＝0.05mm則：M＝20.00

＝0.05

＝0.67xxMTTUTLxMxTε

TUTLCP

T

6σ

＝

TU

－TL6σ

＝

CPK

T－

2ε

6σ

＝

ε

＝

M

－

xxCPTU

－TL6σ

＝

xε

＝

M

－

xCPK

T－

2ε

6σ

＝

過程能力指數(shù)－單側(cè)公差圖例計算公式例題給定公差上限某部件清潔度的要求不大于95mg，抽樣結(jié)果得：＝48mgσ

＝12mg

＝1.33給定公差下限某金屬材料抗拉強度的要求不得少于32kg/cm2，抽樣后測得：＝38kg/cm2σ

＝1.8kg/cm2

＝1.11xTUxCPU

TU－3σ

＝

xTLxCPL－TL3σ

＝

xCPU

TU－3σ

＝

xxCPL－TL3σ

＝

x三、過程性能指數(shù)對于正態(tài)分布：注：K為給出雙側(cè)公差且分布中心與公差中心偏離時的平均值偏離度，它是平均值偏離量ε

與公差一半的比值，即：K＝ε

/（T/2）。當(dāng)K≥

1時，認(rèn)為CPK＝0。分布中心的偏離，會影響工序的加工精度。針對不同情況，其處理方法如下表：過程能力指數(shù)CP偏離度K（％）對分布中心是否采取措施1.33≤CP

≤12.5不必要1.00≤CP＜1.3312.5＜K≤25注意觀察其變化，必要時采取措施0.67≤CP＜1.0025＜K≤50要采取措施CP＜0.6750＜K

要采取糾正措施，或停止作業(yè)K第四節(jié)過程能力的分析與評定過程能力指數(shù)的評定范圍等級判斷措施CP≥1.67特級過程能力過剩為提高產(chǎn)品質(zhì)量，對關(guān)鍵或主要項目再次縮小公差范圍；或為提高效率、降低成本而放寬波動幅度，降低設(shè)備精度等級等。1.67＞

CP≥1.331級過程能力充分當(dāng)不是關(guān)鍵或主要項目時，放寬波動幅度；降低對原材料的要求；簡化質(zhì)量檢驗，采用抽樣檢驗或減少檢驗頻次。1.33＞

CP≥12級過程能力尚可必須用控制圖或其他方法對工序進(jìn)行控制和監(jiān)督，以便及時發(fā)現(xiàn)異常波動；對產(chǎn)品按正常規(guī)定進(jìn)行檢驗。1＞

CP≥0.673級過程能力不足分析分散程度大的原因，制定措施加以改進(jìn)，在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，放寬公差范圍，加強質(zhì)量檢驗，全數(shù)檢驗或增加檢驗頻次。0.67＞

CP4級過程能力嚴(yán)重不足一般應(yīng)停止繼續(xù)加工，找出原因，改進(jìn)工藝，提高CP值，否則全數(shù)檢驗，挑出不合格品。過程能力等級評定表提高過程能力指數(shù)的途徑CPKT－

2ε

6σ

＝

根據(jù)公式可知，影響過程能力指數(shù)有3個變量：產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)范（公差范圍T）;過程加工的分布中心與公差中心的偏移量ε

；過程加工的質(zhì)量特性分散程度，即標(biāo)準(zhǔn)偏差σ

。調(diào)整過程加工的分布中心，減少中心偏移量。通過收集數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計分析，找出大量連續(xù)生產(chǎn)過程中由于工具磨損、加工條件隨時間逐漸變化而產(chǎn)生偏移的規(guī)律，及時進(jìn)行中心調(diào)整，或采取設(shè)備自動補償偏移或刀具自動調(diào)整和補償?shù)?；根?jù)中心偏移量，通過首件檢驗，可調(diào)整設(shè)備、刀具等的加工定位裝置；改變操作者的孔加工偏向下差及軸加工偏向上差大那大傾向性加工習(xí)慣，以公差中心值為加工依據(jù)；配置更為精確的量規(guī)，由量規(guī)檢驗改為量值檢驗，或采用高一等級的量具檢測。提高過程能力，減少程度。修訂工序，改進(jìn)工藝方法，修訂操作規(guī)程，優(yōu)化工藝參數(shù)，補充增添中間工序，推廣應(yīng)用新材料、新工藝、新技術(shù)；檢修、改造或更新設(shè)備，改造、增添與公差要求相適應(yīng)的精度較高的設(shè)備；增添工具工裝，提高工具工裝的精度；改變材料的進(jìn)貨周期，盡可能減少由于材料進(jìn)貨批次的不同而造成的質(zhì)量波動；改造現(xiàn)有的現(xiàn)場條件，以滿足產(chǎn)品對現(xiàn)場環(huán)境的特殊要求；對關(guān)鍵工序、特種工藝的操作者進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)；加強現(xiàn)場的質(zhì)量控制，設(shè)置過程質(zhì)量控制點或推行控制圖管理，開展QC小組活動；加強質(zhì)檢工作。修訂公差范圍修訂公差范圍，其前提條件是必須保證放寬公差范圍不會影響產(chǎn)品質(zhì)量。在這個前提條件下，可以對不切實際的過高的公差要求進(jìn)行修訂，以提高過程能力指數(shù)。在工序加工分析時，減少中心偏移量的防誤措施，在技術(shù)上、操作上比較容易實現(xiàn)，同時也不必為此花費太多的人力、物力和財力，因此把它作為提高過程能力指數(shù)的首要措施。只有當(dāng)中心偏移量ε＝0，而CP值仍然小于1時，才考慮提高過程能力，減少過程加工的分散程度或考慮是否有可能放寬公差范圍。放寬公差范圍必須不影響產(chǎn)品質(zhì)量，不影響用戶使用效果。第五節(jié)過程能力調(diào)查過程能力調(diào)查的意義過程能力調(diào)查－了解和掌握過程能力的活動。通過工序標(biāo)準(zhǔn)化，消除工序中的異常因素，發(fā)現(xiàn)和解