第5章 过程质量控制 教学课件质量管理( 第2版).ppt

第5章 过程质量控制 教学课件质量管理(第2版)教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理5.1 质量变异及特性质量变异及特性一、质量变异的分类二、质量变异的规律三、过程状态的模式四、质量控制的数据2 2教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理一、质量变异的分类一、质量变异的分类1.质量变异的定义质量变异的定义所谓质量变异，指同一批量的产品，即使所采用的原材料、生产工艺和操作方法相同，其中每个产品的质量也不可能丝毫不差、完全相同，它们之间或多或少总会有些差别，这种差别称为变异。2.变异源变异源产生变异的原因在于产品的生产过程中存在着太多的变异源,变异源主要来自以下六个方面:(1)人(man)，(2)机器(machine)，(3)材料(material)，(4)方法(method)，(5)测量(measure)，(6)环境(environment)。3 3教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理一、质量变异的分类一、质量变异的分类3.质量变异的分类质量变异的分类为了进一步认识变异和减少变异，人们又把质量变异分为正常变异和异常变异。(1)正常变异正常变异。产品质量的正常变异是指由生产过程中的偶然性因素引起的变异。这些因素的特点是数量多、来源广，表现形式多种多样，大小和方向有随机性变化，作用时间没有一定的规律，但对产品质量的影响均较小，不会因此造成不合格产品。(2)异常变异异常变异。产品质量的异常变异是指由生产过程中的系统性因素引起的变异。如混入不同规格成分的原材料、设备过度耗损或者调整不准确、不同人员进行操作等。这类因素的特点是数目不多但对产品质量的影响却很大,可能造成不合格产品,但在一定条件下却可以发现并能相对经济地消除。4 4教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理二、质量变异的规律二、质量变异的规律在产品生产过程中，对单个产品来说，偶然性因素作用的结果是随机的，但对同一批量产品来说，却有一定的规律可循。概率论的中心极限定理告诉我们:n个相互独立的、具有同分布的随机变量之和的分布趋于正态分布。也就是说，在生产过程中，当众多彼此相互独立的偶然性因素共同对生产对象产生影响时，由于彼此之间的相互作用、相互抵消，而最终使产品的质量特性呈正态分布。5 5教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、过程状态的模式三、过程状态的模式 过程状态的模式包含以下三种：把只有正常变异的过程状态称为统计控制状态，简称稳定状态。把有异常变异的过程状态称为非统计控制状态，简称失控状态。过程处于统计控制状态且又能满足规定的要求，简称为受控状态。6 6教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、过程状态的模式三、过程状态的模式 对制造(服务)过程的质量控制就是要使过程始终处于稳定的受控状态，以确保产品和服务符合规定要求。处于稳定状态下的过程应具备以下几个条件:1）原材料或上一过程的半成品按照标准要求供应。2）本过程按作业标准实施，并应在影响过程质量各主要因素无异常的条件下进行。3）过程完成后，产品检测按标准要求进行。7 7教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理四、质量控制的数据四、质量控制的数据1.数据的分类数据的分类计量值数据和记数值数据2.数据的统计规律数据的统计规律数据的集中性3.数据的统计特征数据的统计特征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，如均值、中位数等；另一类是表示数据分散程度的特征数，如极差、标准差等。8 8教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理5.2 过程能力分析过程能力分析一、过程能力二、过程能力指数三、过程不合格品率的计算四、过程能力的分析9 9教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理一、过程能力1.过程能力的概念过程能力的概念过程能力过程能力(process capability)是指处于稳定状态下的过程满足质量要求的能力。过程过程处于稳定生产状态处于稳定生产状态应该具备以下几个方面的条件：应该具备以下几个方面的条件：(1)原材料或上一过程的半成品按照标准要求供应；(2)本过程按作业标准实施，并应在影响过程质量各主要因素无异常的条件下进行；(3)过程完成后，产品检测按照标准要求进行。过程过程满足质量要求的能力满足质量要求的能力主要表现在以下两方面主要表现在以下两方面:(1)质量是否稳定；(2)质量精度是否足够。1010教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理一、过程能力2.分析过程能力的意义分析过程能力的意义(1)过程能力的测定和分析是保证产品质量的基础工作。(2)过程能力的测试分析是提高过程能力的有效手段。(3)过程能力的测试分析为质量改进找到方向。1111教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理一、过程能力一、过程能力由概率理论可知，当分布范围取为3时，产 品质量合格率可达99.73%，废品率仅为0.27%因此以3，即6为标准来衡量过程的能力是 具有足够的精确度和良好的经济性的6数值越小，说明质量特性值变异范围越小，过 程能力越强；6数值越大，质量特性值变异范围 越大，过程能力越弱教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理一、过程能力一、过程能力在实际计算中采用6的变异范围来定量描述过程能力。记过程能力为B，则过程能力B=6。图7-1 6过程能力教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理二、过程能力指数1.过程能力指数的概念过程能力指数的概念过程能力指数过程能力指数(process capability index)表示过程能力对过程质量标准的满足程度。过程质量标准是指过程必须达到的质量要求，通常用标准、公差、允许范围等来衡量，一般用符号T表示。质量标准T与过程能力B的比值，称为过程能力指数，记为Cp。过程能力指数越大，说明过程能力越能满足质量要求，甚至有一定的能力储备。但是不能认为过程能力指数越大，加工精度就越高，或者说技术要求越低。2.过程能力指数的计算过程能力指数的计算 1414教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理二、过程能力指数二、过程能力指数给定双侧标准，质量分布中给定双侧标准，质量分布中心心与标准中心与标准中心M 相重合相重合 T标准范围；总体标准偏差；S样本标准偏差；TU质量标准的上限值；TL质量标准的下限值。教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理二、过程能力指数二、过程能力指数给定双侧标准，质量分布中给定双侧标准，质量分布中 心与标准中心不重合心与标准中心不重合 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）。教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理二、过程能力指数二、过程能力指数单侧标准的情况单侧标准的情况 只规定上限时 只规定下限时 教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、过程不合格品率的计算当过程的质量特性呈正态分布时，过程能当过程的质量特性呈正态分布时，过程能力指数对应于一定的不合格品力指数对应于一定的不合格品。有两种情况：分布中心与标准中心重合的情况，分布中心与标准中心不重合的情况。1818教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、过程不合格品率的计算三、过程不合格品率的计算分布中心与标准中心重合的情况分布中心与标准中心重合的情况 若以PU表示质量特性值超出标准上限而造成的不合格品率，则 t为标准正态分布值 教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、过程不合格品率的计算三、过程不合格品率的计算若以PL表示质量特性值超出标准下限而造成的不合格品率，则同理可得：总不合格品率为：教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、过程不合格品率的计算三、过程不合格品率的计算分布中心与标准中心不重合的情况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：（2）分布中心向标准下限偏移时，总不合格品率为：教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理四、过程能力的分析当过程能力指数求出后，就可以对过程能力是否充分作当过程能力指数求出后，就可以对过程能力是否充分作出分析和判定，即判断出分析和判定，即判断Cp值为多少时，才能满足质量要值为多少时，才能满足质量要求。求。2222教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理5.3 过程控制图过程控制图一、控制图简介 二、计量控制图三、计数控制图四、控制图的观察分析五、控制图的应用2323教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理一、控制图简介一、控制图简介 1.控制图的定义控制图的定义控制图(control chart)，也称为管理图，是用来分析和判断过程是否处于稳定状态并带有控制界限的图形。2.控制图的基本形式：控制图的基本形式：纵坐标表示需要控制的质量特性；横坐标表示按系统取样方式得到的样本编号；上下两条虚线表示上控制界限(UCL)和下控制界限(LCL),中间的细直线表示中心线(CL)。2424教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理一、控制图简介一、控制图简介 3.控制图的作用控制图的作用(1)能及时发现生产过程中的异常现象和缓慢变异，预防不合格品发生，从而减少生产费用，提高生产效率。(2)能有效地分析判断生产过程质量的稳定性，从而可降低检验、测试费用。根据供货方制造过程中有效的控制图记录等证据，购买方可免除进货检验，同时仍能在较高程度上保证进货质量。(3)可查明设备和工艺手段的实际精度，以便作出正确的技术决定。为制定生产目标和规格界限，特别是配合零部件的最优化确立了可靠的基础，也为改变未来符合经济性的规格标准提供了依据。(4)使生产成本和质量成为可预测的参数，并能以较快的速度和准确性测量出系统误差的影响程度，从而使同一生产过程内产品之间的质量差别减至最小，以评价、保证和提高产品质量，提高经济效益。2525教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理一、控制图简介一、控制图简介 4.控制图的基本原理控制图的基本原理(1)3原理。(2)控制图控制界限的确定。(3)两类错误 5.控制图的控制图的分类分类计量值控制图。计数值控制图。2626教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理二、计量控制图二、计量控制图一般适用于以计量值为控制对象的场合计量控制图通常成对绘制并加以分析：一个是关于位置的控制图 另一个是关于离散程度的控制图教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理二、计量控制图二、计量控制图计量控制图作图示例（-R控制图，标准值未给定情形）平均值与极差控制图是计量控制图中最常用的一种质量控制工具。平均值（）控制图用来控制平均值的变化；极差（R）控制图用来控制加工误差的变化。它是通过调查平均值 和极差R是否有异常变化来对过程进行控制的。一般将 图画在R图的上方。教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理二、计量控制图二、计量控制图计量控制图的控制程序与解释 控制图显示过程平均的中心位置，并表明过程的稳定性。图从平均值的角度揭示组间不希望出现的变差。R控制图则揭示组内不希望出现的变差，它是所考察过程的变异大小的一种指示器，也是过程一致性或均匀性的一个度量。教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理二、计量控制图二、计量控制图R控制图的失控状态也会影响到 图。由于无论是对子组极差还是对子组平均的解释能力都依赖于件间变异的估计，故应首先分析R图。应遵守下列控制程序：（1）收集与分析数据，计算平均值与极差。（2）首先点绘R图。与控制限进行对比，检查数据点是否有失控点，或有无异常的模式或趋势。（3）剔除所有受到某种已识别的可查明原因影响的子组；然后重新计算并点绘新的平均极差(R)和控制限。教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理二、计量控制图二、计量控制图 （4）若根据已识别的可查明原因，从R图中剔除了任何一个子组，则也应该将它从 控制图中除去。（5）当极差控制图表明过程处于统计控制状态时，则认为过程的离散程度(组内变差)是稳定的。（6）点绘 控制图，与控制限比较，检验数据点是否有失控点，或有无异常的模式或趋势。（7）当用来建立控制限基准值的初始数据全部包含在试用控制限内时，则在未来时段内延长当前时段的控制限。教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、计数控制图三、计数控制图记数数据表示通过记录所考察的子组中每个个体是否具有某种特性（或特征），计算具有该特性的个体的数量，或通过记录一个单位产品、一组产品、或一定面积内某种事件发生的次数所获得的观测值。在记数控制情形下，所假定的分布只有一个参数，即平均值水平，故用一个控制图就够了。P图和np图基于二项分布，而c图和u图则基于泊松分布。教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、计数控制图三、计数控制图例7-7：对小型开关使用自动检测装置进行全检所发现的关于开关失效的每小时不合格品数如图7-12的Excel表格中所示。小型开关由一自动装配线生产，由于开关失效是严重的质量问题，要利用控制图对装配线进行监控。收集25组数据作为预备数据，绘制p图和np图。教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、计数控制图三、计数控制图 （1）将收集到的数据输入Excel表格中，先计算出第一子组的不合格品率p=0.002，下拉鼠标即可得各子组的不合格品率，然后利用函数AVERAGE可求得各子组的平均不合格品率=0.00268。教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、计数控制图三、计数控制图（2）计算中心线和控制界限 教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、计数控制图三、计数控制图（3）利用Excel表格中的各子组不合格品率数据p和不合格品数数据np分别生成折线图，在图上画出中心线和控制界限，在各控制界限的右方记入相应的UCL，CL，LCL符号与数值，即为该过程的P控制图和np控制图。教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、计数控制图三、计数控制图教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、计数控制图三、计数控制图由p控制图的控制界限计算公式可知，当子组大小发生变化时，p控制图各子组控制界限不同，判断过程稳定性有些困难。在实际应用中，当子组大小变化较大时，可以采用利用标准化变量的方法，即不点绘p值，而改为点绘标准化值Z，有：这样，中心线和控制线如下所示为常数，而与子组大小无关：CL=0，UCL=3，LCL=-3教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、计数控制图三、计数控制图P图用来确定在一段时间内所提交的平均不合格品率。P图判断过程是否处于统计控制状态的判断方法与 和R控制图相同。若所有子组点都落在适用控制限之内，并且也未呈现出可查明原因的任何迹象，则称此过程处于统计控制状态。教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理四、控制图的观察分析四、控制图的观察分析对控制图进行观察分析是为了判断过程处于受控状态还是处于失控状态，当处于失控状态时，就要采取措施,消除异常因素，使过程恢复到受控状态。根据休哈特控制图的3原理，控制图中的点子应随机排列，且落在控制界限内的概率为99.73%，因此，如果控制图中点子未出界，且点子的排列是随机的，则可认为过程处于稳定状态或控制状态；如果控制图中点子出界或界内点子非随机排列，就认为过程失控。4040教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理四、控制图的观察分析四、控制图的观察分析1.判稳准则判稳准则根据判稳准则，在下述情况下可以认为过程基本处于稳态:(1)连续25个点子都在控制界限内。(2)连续35个点子至多1个点子落在控制界限外。(3)连续100个点子至多2个点子落在控制界限外。2.判异准则判异准则控制图的两类判异准则如下:(1)点子出界。(2)界内点子排列不随机。4141教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理四、控制图的观察分析四、控制图的观察分析模式1：点子屡屡接近控制界限 教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理四、控制图的观察分析四、控制图的观察分析模式2：链 教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理四、控制图的观察分析四、控制图的观察分析模式3：间断链 教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理四、控制图的观察分析四、控制图的观察分析模式4：单调链 教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理四、控制图的观察分析四、控制图的观察分析模式5：点子集中在中心线附近 教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理四、控制图的观察分析四、控制图的观察分析模式6：点子呈现周期性变化 教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理五、控制图的应用五、控制图的应用控制图的用途一是分析，二是控制。控制图的用途一是分析，二是控制。1）分析用控制图是利用控制图判断过程是否稳定，分析各种因素对质量特性的影响，如果发现有异常变化，就及时采取措施调查原因，消除异常，使过程稳定。2）控制用控制图是在分析用控制图的基础上，进行日常控制，在过程中定期采集数据，在控制图上打点。如果有点子越出界限或者虽然在界限内，但点子非随机排列，就表明有异常，需要采取措施，使之恢复稳定状态。4848教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理5.4 小批量生产过程的质量控制小批量生产过程的质量控制一、小批量生产过程概述一、小批量生产过程概述 二二、小批量生产过程质量控制特点、小批量生产过程质量控制特点三三、小批量生产过程质量控制方法、小批量生产过程质量控制方法4949教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理一、小批量生产过程概述一、小批量生产过程概述小批量生产过程的发展背景小批量生产过程的发展背景第二次世界大战以后，社会进入了一个市场需求向多样化发展的新阶段。随着市场竞争日趋激烈，顾客对产品的需求日益呈现出多样化和个性化的发展趋势。大批量的流水生产方式的弱点日渐明显，相应地要求工业生产朝多品种、小批量的方向发展。小批量生产过程的特点小批量生产过程的特点(1)生产批量小，产品专用性强。(2)重视设计环节。(3)由于多品种、小批量生产中所需的图纸、工艺、装备和各种原材料、辅助材料等的准备工作比大批量生产更复杂，所以在生产总工程量中，其生产技术准备工作量比大批量生产所占的比例大，且重复生产的量越小，生产技术准备所占的比例越大。5050教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理一、小批量生产过程概述一、小批量生产过程概述小批量生产过程的特点小批量生产过程的特点(4)工艺复杂，加工方法及工艺参数多样化。(5)加工设备多样化。(6)在小批量生产过程中，由于生产的品种多、批量小，为尽量降低生产成本，企业一般不大量采用专用化程度高的半自动化或自动化的加工设备和测试设备，通常使用的是通用性强、灵活性大的加工设备和量具、量仪，以适应品种的频繁变化。因此，其与大批量相比，易出现生产效率低、加工周期长、生产成本高、产品质量不稳定等问题。5151教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理二、小批量生产过程质量控制特点二、小批量生产过程质量控制特点1）采购过程中的质量控制较为复杂2）生产过程中的质量控制较为复杂3）产品质量对操作者的依赖程度较高4）售前质量保证更为重要5252教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、小批量生产过程质量控制方法三、小批量生产过程质量控制方法常规质量控制方法用于小批量生产过程的问题常规质量控制方法用于小批量生产过程的问题 （1）缺乏大量的样本精确估计均值和标准差（2）它混淆了静态平均和动态平均，忽视了时间动态 的连续性（3）过程控制必须抽取当前的样本判断过程的稳定 性，一旦控制图报警，过程失控已成事实，无法对 当前的状态起到预警作用教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、小批量生产过程质量控制方法三、小批量生产过程质量控制方法常规质量控制方法用于小批量生产过程的问题常规质量控制方法用于小批量生产过程的问题（4）在小批量生产过程中没有足够的样本来建立分析 用控制图（5）过程能力指数是一个静态的指标，它需要过程稳定 才能进行计算，不适用于小批量生产过程 教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、小批量生产过程质量控制方法三、小批量生产过程质量控制方法小批量生产过程静态控制图小批量生产过程静态控制图 静态控制图指的是随着生产的进行，控制图的三个关键参数不进行更新的这样一类控制图。静态控制图的关键参数并不一定是固定不变的，这其中包括一类时变参数控制图，这类控制图在设计时，预先给定两组参数 和 ，其中 和 代表控制限，和 分别代表样本量和抽样区间，假设 。这两组控制图参数根据不同情况选择使用。教育部经济管理类主干课程教材教育部经济管理类主干课程教材质量管理质量管理三、小批量生产过程质量控制方法三、小批量生产过程质量控制方法小批量生产过程动态控制图小批量生产过程动态控制图 动态控制图指的是随着生产的进行，控制图的三个关键参数随着过程信息的更新而变化的这样一类控制图。其中最主要的是使用贝叶斯方法进行更新的贝叶斯动态控制图。贝叶斯动态控制图主要通过对于控制策略的研究，利用贝叶斯方法对过程信息进行更新，以产品期望成本最小为优化目标，寻求最优的控制图参数组合。