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1、SPC統計製程控制技術實戰【專用教材】主講人: 林秀雄 教授A.PLUS甲上資訊電腦顧問有限公司A.PLUS COMPUTER CONSULTING CORP.A.PLUSSPC統計製程控制統計製程控制技術方法論目 錄一、 SPC發展史3二、 SPC之功效說明3三、 SPC主要內容4四、 共同原因與特殊原因5五、 綜合圖形應用5六、 SPC成功條件9七、 首次推行SPC流程13八、 品管七大手法說明15九、 新品管七大手法說明29十、 圖形解析公式說明35十一、 管製圖判讀55十二、 品管指標說明解析64附表:計量控制圖參數表67SPC統計過程控制概論第一节 SPC發展史SPC是三個英文單詞的
2、縮寫,即統計制程管制(臺灣稱法),也叫統計過程控制(大陸稱法),簡單地說,就是利用統計學的原理,對製造企業在制程中的品質進行管制,以達到盡可能第一次就把品質做好。(其實它是可以應用到任何一個有大量資料產生的地方,如營銷分析、財務分析、人員分析等等)SPC是1924年美國休哈特(有稱休懷特)博士發明了管制圖(採用3倍)之後才產生的,當時在美國並不流行,自二戰期間美國軍方提出了一套抽樣計畫MIL-STD-105E和MIL-STD-414等之後,SPC才有所應用到軍工企業,但應用還是不太廣泛。二戰結束後,日本作為戰敗國,百廢待興,加上日本本身是一個小島國,資源缺少,相對比較適合做加工業,日本就提出以
3、品質為根本來提升競爭力,所以就到美國請了戴明等人到日本指導品質。SPC在戴明的指導下,功能發揮得很不錯,在日本產生了很大的影響,日本人為了勞記戴明的功勞,就在日本設立了一年一度的品管界最高獎項戴明品質獎,後來美國和臺灣等地也採用了日本的方式,設立一年一度的戴明獎。第二节 SPC之功效說明1 單純從SPC理論上分析對企業之益處(1) 經濟性:有效的抽樣管制計畫,而不用全檢驗,預估不良率,得以控制 成本,使制程穩定,生產狀況可以預測,從而能掌握品質、成本、交期;(2) 預警性/時效性:制程的異常趨勢可實行對策,何時可以不必採取任何措施;(3) 善用機器設備:估計機器能力,可妥善安排適當機器,生產適
4、當零件。2 分辨共同原因與特性原因;(1) 改善的評估:制程能力指標(CPK)可作為改善前後比較之簡單,作為制程檢討的共同語 言;(2) 減少報表處理工作量;(3) 找出最大品質問題原因,以便工作更有績效;(4) 減少資料在人員傳遞的過程中變異;(5) 分辨資料的真實性;(6) 從宏觀到微觀全面真實地瞭解品質狀況;(7) 建立一個工程、品管、製造等三個與品質有直接關係部門的溝通平臺與管道。3 想地運作SPC可達到之功效為(3W2H)(1) 找出什麼時候會發生異常;(WHEN)(2) 找出發生什麼具體異常;(WHAT)(3) 分析出異常的原因;(WHY)(4) 得出解決異常的方法;(HOW)(5
5、) 建立起預防方案。(HOV)4 通俗地說明SPC功效看清品質狀況 提前發現問題找出問題根源 少花錢辦好事減少報表麻煩 滿足客戶要求提升生產效力 降低品質成本第三节 SPC的主要內容因為SPC主要是應用在製造業中,而根據製造業中制程品質的特性,品質一般有良品的概念和重要特性分佈狀況兩種,所以SPC的主要內容分為計數值與計量值兩種,所涉及的內容有:抽樣檢驗、資料整理、各種圖形分析(狀況)、制程分析(原因)、改善監控等。1 計數值就是以計產品的件數或點數的表示方法,計數值的資料在理論上有不連續的特質,故稱之為離型變數。描述一產品品質,可有用一個或一批產品中的缺點數來表示,如:電線,可用表面有幾個污
6、點,有幾個地方標籤貼錯或掉標籤,有幾根顏色不對,有幾根有刮傷等等,這些都是以計點或個數方式表示產品的品質狀況。有些單位產品必須以二分法來判定品質,如好與壞、良與不良、合格與不合格等所謂的通過一不通過(GO-NOGO)。注:各種可靠性試驗都屬於計數值部分,如5KG拉力測試,2KV高壓測試等都屬於計數值。計數值的抽樣計畫一般採用每批抽取樣本來分析,國際上一般採用MIL-STD-105E,國內經常採用GB2828(與105E差不多,二者可通用)。應用在IQC或OQC上,理論上計數值是不連續的運作,但是在應用到PQC上,最好應用連續性,更便於制程中不同原因的深入分析。2 計量值指是產品須經由實際量測或
7、測試而取得的連續性實際值,並對其做數理分析,以說明該產品在此量測特性的品質狀況的方法。計量值的資料在數學上具有連續性的特質,故稱之為連續型隨機變數描述一產品的品質,可有實際量測或測試而取得一連續的資料,如零件的尺、電器產品的電流、電壓、耐壓值、電阻等,進而分析產品在這一特性中的品質狀況。第四节 共同原因與特殊原因天下沒有人能製造兩件完全相同的東西,因為制程中存有許多影響變異的原因存在。有些變異很明顯,容易看出,但有些很難察覺,例如一個加工的軸其外徑尺寸可能受許多因素影響,經由相同制程重複加工,並其中將一批產品外徑加以量測取得幾十到幾百個量測數值,再經整理制出各種管制圖或狀態後,才能分析和判斷了
8、出來。通常一個產品的生產會有以下圖形的形式。在制程管制中,通常可以將品質問題分為兩種,一種是局部問題(也稱特殊問題),另一種是系統問題(也稱共同問題)。局部問題是指由於制程中某一個小部位的突發變異產生的問題,難以預測,只有一經發現,由現場人員立即判斷並處理。系統問題是指出力共同解決。品管部門主要的工作之一就是要找到問題的原因,可能影響品質變異的原因要確定和分析清楚,並尋求解決方案。針對上段問題的分類,問題的原因也分兩種:即共同原因(又叫非機遇性原因)和特殊原因(又叫機遇性原因)。共同原因:制程中變異因素是在統計的管制狀態下,其產品特性有固定的分佈。通俗地說,就是目前制程的各個因素環境下,品質變
9、異是必然,並不是單個品管部門或製造部單獨可以解決的,需要品管、生產、工程部門,甚至採購部門、行政部門等共同參與來解決。對於管理與品質系統非常嚴謹的企業,這類因素會占整個問題的85%,但如若占到60%以下時,則說明企業的整個管理體系出了嚴重的問題,或者制程已達到同行業中最好的制程能辦。特殊原因:制程中變異因素不在統計的管制狀態下,其產品之特性沒有固定的分配。通俗地說,就是誰不知道會發生的、由偶然因素產生的,如生產機台設備中某個電子元件突然被燒毀而導致機台工作混亂,生產出不合格產品。只要對制程中監控及時,此種原因很容易發生,但後果也非常嚴重,如若不能及時排除,其損失是非常大的。在一個管理嚴謹的企業
10、,這類因素只能占到15%以下,如若占到40%以上時,這家企業管理體制體系如果不是出了嚴重問題,就是在做的產品試驗,同時也說明該企業未做FMEA(失效模式分析),建議先做FMEA。特殊原因的變異可由簡單的統計分析發現,這些變異的原因本來就須由直按負責制程的人員去改善,這一般稱為局部問題對策。第五节 圖形綜合應用一、 各圖形應用之關係1. SPC兩個主體之間的關係任何一個製造企業,都會有不良或缺點發生,計數值是任何一個企業都要使用的;而計量值是根據客戶要求或產品特性決定是否需要做,有些企業可能就不需要做計量值。但計數值通常只能解決一些制程上的表面問題,而計量值卻可以深入細部解決問題。在計量值中如有
11、發生超出管制界限的資料,並不代表就一定不合格,需要超出規格界限時,才可以立即判定為不合格品,才需要納入計數值中為不合格數。2. 計數值中各圖形之應用關係P-Chart和NP-Chart是用來適時研究不良專案,C-Chart和U-Chart是用來適是研究缺點專案。這四種圖形具有互補性,通常可以根據實際需要選擇2種便可。柏拉圖是用來研究一段時期的缺點專案的分佈,不良率/PPM推移圖是用來反映已過去的一段時間的不良率變化狀況,以便在還未做品質成本之前能粗略地估算相對成本。P-Chart作為不良率管制圖,又分檢驗數相同和不相同,且檢驗數不相同又分檢驗數相差較大和較小兩種。主要功能是分析和預測某個或某些
12、正在生產產品的不良率變化趨勢,但同時也要注意不良率可能存在週期變化。NP-Chart是不良數管制圖,通常要求在檢驗數相同的基礎上來使用,但如若用在制程上定時全檢,也可以使用。整個圖形分析是時,較不方便用於成要本估算,只能分析和預測不良數的變化趨勢,也要注意可能存在週期性變化。C-Chart同NP-Chart相似,用於分析和預測缺點個數的變化趨勢。U-Chart同P-Chart相似,用於分析和預測單位缺點個數的變化趨勢。柏拉圖是對近一段時期和缺點專案進行整理分折,找出最多缺點專案,以便於品管及生產門注意缺點的改善重點。PPM/不良率推移圖是對歷數品質做總結,相當於經常要做的品質週報、月報、季報等
13、。3. 計量值中各圖形之應用關係在整個計量值應用中,有分單品質特性和多品質特性兩種。單品質特性是對產品中某一個管制特性的制程狀況做分析,多品質特性是把產品中有多個管制特性放到一起來處理,以便瞭解產品的整體及各管制特性在制程中可能存在的關係。單品質特性的應用是近目前較為廣泛的計量品質分析,圖形也較多種;多品質特性應用是近來才剛剛興起,也是以後的一種發展趨勢,所有的圖形見SPC組織架構圖。Xbar-Rchart、Xbar-S chart、Median-R chart、X-Rm char等都為單品質特性中的圖形,其中最常用的是Xbar-Rchart,但最近一兩年,很多客戶開始要求使用和提供Xbar-
14、S chart。這四種圖屬同一種性質,不同角度的管制圖,都是用來分析實際制程中實際資料的變化狀況一趨勢。Xbar-Rchart為各組量測值的平均數和組距管制圖,Xbar-S chart為各組量測值的平均數和標準差管制圖,這二者之間就是一個組距和標準差的差異,其中標準差比組距更為細膩,組距容易個別值的影響;Xbar-Rchart是中位數全距管制圖,是從中位數角度來分析品質變化趨勢;X-Rm char為個別值與移動全距管制圖,用於樣本數為一個的管制圖(此時前面幾種管制圖就不同使用了)。直方圖、S Chart、Chart等三種圖形都是將一段時期的資料用來做正態分佈分析,用來查看整體品質的位置及是否有
15、較大的系統問題,還能發現可能存在的原因及改善方案,它是前面四種圖形的一段時間的小結,更便於調整方向。直方圖比S Chart、aChart 更為粗糙,當品質已較好時,直方圖便不好分析了,這時使用S Chart、aChart 就更為有效。SChart和a Chart之前的差異僅於是以規格界限還是以管制界限中基點看圖形。SChart和a Chart除了可以使用正態分佈原理分析之外,還可以更清晰地分析出管制界限與規格界限的相對位置,及回答客戶要求的幾倍標準差是否已達到。CPK推移圖同計數值中的不良率推移圖有所類似,用於分析已過去的一段時間制程能力指數。制程狀況分析圖,實際也可以說明看原始資料,用瞭解具
16、體每一個所抽樣的量測數值,再與規格化做一個簡單的比較。制程建議分析說明,主要用於一些非品管專業人員對某產品管制程特性制程能力分析,直接說明制程能力所到的水平,用來彌補SPC計量值的太專業性而不能為大眾使用。同時還告訴專業人員以現在的制程能力,當要做到幾倍標準差所能接受的規格。二、 各圖形所需要的分析頻率原則上,所有SPC圖形,是全部分析最好,但為了工作更具有效率,同時使用SPC時又簡潔方便,現把各種圖形的應用頻率說明如下:不良率/PPM推移圖,從宏觀上分析整體品質狀況,在各點數據中應可選擇以天、周為一點;在產品上應可以選擇單個或多個;在檢驗工序上,應可單個、多個、全部工序的不良匯總;在時間上可
17、以任意選擇時間段;在各層別條件中,應可選擇單個、多個或不選;所以當某個批已生產了近一周以上時就需要使用,當開品質會議或做品質報告時也需要分析。P-Chart、NP-Chart、C-Chart、U-Chart圖為每輸進一至兩個點必須分析一次。柏拉圖每週至少分析一次,每週和每月做總結分析。Xbar-R chart、Xbar-S chart、M edian-R chart、X-Rm char、制程能力分析圖在每輸1至2點的資料必須分析一次。直方圖、SChart、a Chart,批次小生產或時間短至少分析一次,批次較大或生產時間較長,應每23天內必須分析 一次,或每輸入5點時至少分析一次。CPK推移圖
18、一般為每45天分析一次。綜合建議,每完成一個批次或已有25個點的資料以後分析一次。多品質特性圖,在每5個時段資料產生後分析一次,以後在調整期間注意分析多一點。三、 圖形在各行業應用說明SPC圖形綜合應有分不同行業有不同的側重點,分計數值應用較多、計量值應用較多、計數值計量值應用較多三類。1. 第一類計數值應用較多通常在產品組裝行業中應用較多,主要分析良率的多少,如電子業的VCD、電話機、顯示器、燈飾、玩具、印刷、紙品、服裝等。這類行業的特點是:產品品質資訊以整合為原則,能裝上且使用就行,多為外觀、可靠性、功能實現等問題,使用不良和缺點來評核品質狀況,開始不需要使用計量值來評核品質狀況。品質改善
19、,可以直接通過各項缺點來分析,並採用最常用的層別法和人、機、料、法、環境等企業5要素來解決品質中的重要部分,通常能解決在沒有做SPC之前的制程不良30%。但在這之後,就很難再解決品質中的問題,只能作為監控不良和缺點的制程變化狀況,如若需要進一步改善品質,就把無法再降低不良率或缺點率時期至少3周以上資料,而匯總作出的柏拉圖的前3項缺點,展開對影響產生這三項缺點的重要參數納入計20%的不良。剩下的不良應為原材料不良,工程設計不良、儀器不良設備的問題、管理系統缺陷、人員偶爾失誤等方面造成的不良。如若工程設計上造成了許多不良,建議導入FMEA(失效模式與效應分析)和DOE(實驗計畫,常用的有田口方法)
20、。2. 第二類計量值應用較多通常在較小零部件行業較多,主要分析整批產品制程能力,如電阻、電容、變壓器、計電器、彈簧、塑膠成形、IC、五金衝壓等。這類行業的特點是:產品相對較單一,單件產品數量多,制程也比較簡單,品質資訊以各重要管制特性的制程能力為指導原則,即對SPK做分析。這類行業的不良品從嚴格意義上說,應該為不合格品,因為不同客戶應用到不同位置,品質要求也不同。品質改善最重點是品質預防,並且嚴格執行“符合規格的產品不一定品質好”的理念。品質的改善主要是通過計量值中的各種管制圖適時分析,預測下一步品質狀態,並在一定時期內使用直方圖、SChart、a Chart看是否有系統問題使品質上不去,從中
21、找到原因並解決。這類產品的各管制特性通常都是客戶指定必須做或關鍵特性,所以通常不能捨棄。企業在生產此類產品的最大難點是設計產品時的各種規格,通常也是很多企業的核心技術,也都是以驗值,但也不一定是最理想值,如若是新型企業,這部份成了最大的難點。解決的方法有,可以通過SPC監控察看規格與制程的差異性看訂的是否相符,還可以通過FMEA在生產之前解決和預防一些可能的潛在原因,最好的辦法是採用DOE(實驗計畫)中使用田口方法先找出最佳配比,然後做設計和制程FEMA分析,再用SPC監控。3. 第三類在較大件的部件生產行業、使用再裝配行業中較多關鍵特性必須做SPC監控,同時因單件產品的價值較大,所以也必須做
22、計數不良分析,進而控制成本。這類行業通常有:五金成品件、電機、音響、顯像管、成品變壓器等等。其特性有前面三類型企業並並集,品質改善與成本也較困難,建議建立很多的制程標準參數,且產品生產不宜類太多,否則品質問題會天天困擾管理者,並且難以發展。第六节 SPC成功的條件一、SPC與相關人員之權責1. 製造部門一線主管及時觀看本部門生產之品質狀況,便於自行及時發現和發現和解決問題,提前解決和預防問題發生。2. QC或自檢人員負責收集真實有效資料,做成最原始末品質記錄。3. 文員負責把原始資料適時、正確地輸入電腦,並對原始記錄保管好。4. QA或QE人員負責及時監控(得用各種SPC圖形)各生產線品質狀況
23、,以便於製造成部門一線主管在看不出問題時能準確有效地提醒他們;同時定期分析各種層次、各種層別條件下的品質狀況,並不斷提了改善意見、趨勢報告、總結報告,甚至做出制程參數標準化記錄。5. 品管主管負責安排整個品質問題的界定與權責,監督其他人員對SPC的執行狀況,定期觀看各部門和總體品質狀況,開周會提出再次提升的目標和要求;審核或提供專案必善方案。6. 專項產品負責人監控產品整體品質狀況和各環節品質狀況,有問題時及提醒相關人員。7. 高層主管人員瞭解整體生產品質狀況,並制定品質目標、方針政策。二、SPC運作成功的條件我們都知道,一件事情的成功,通常是一個點,這個點是由眾多有利因素點組合而成。SPC在
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