過程能力與測量系統(tǒng)分析4

1、,,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.過程能力分析二.測量系統(tǒng)分析,一.過程能力分析,一、基本概念,就是對過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的各類因素（５Ｍ１Ｅ：人．機．料．法．環(huán)．測）進(jìn)行分析，找出主導(dǎo)因素，調(diào)查這些因素與產(chǎn)品質(zhì)量特性之間的關(guān)系，然后建立過程因素管理標(biāo)準(zhǔn)（或質(zhì)量控制計劃），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（或質(zhì)量控制計劃展開過程質(zhì)量控制活動；,1.過程能力分析:,2.過程能力：,是指構(gòu)成過程的六大要素（５Ｍ１Ｅ：人．機．料．法

2、．環(huán)．測） 處于穩(wěn)定狀態(tài)時，產(chǎn)品質(zhì)量波動程度的數(shù)量表示，它反映了過程的實際能力，通常用產(chǎn)品特性波動標(biāo)準(zhǔn)差σ來度量；,3.過程能力指數(shù)：,過程質(zhì)量要求與過程能力的比值，常用Ｃp表示：Ｃp＝Ｔ／６ σ過程能力只表示過程的實際加工能力，而與產(chǎn)品的技術(shù)要求無關(guān)，為了衡量過程能力滿足過程技術(shù)要求程度，因此引入了過程能力指數(shù)的概念；,一、保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)工作；二、提高過程能力的有效手段；三、找出產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)的方向；四、向客戶證明加工過程能

3、力。,進(jìn)行過程能力分析的意義,過程能力有關(guān)的幾個統(tǒng)計量,,1.sigma(σ)-短期制程:長期制程:2.Cp(Cpu Cpl ):-- Pp3.Cpk:--Ppk,二、過程能力指數(shù)的計算,一 計量值 1 雙側(cè)規(guī)格界限 （1）無偏 （2）有偏 2 單側(cè)規(guī)格界限 （1）僅給出規(guī)格上限TU （2）僅給出規(guī)格下限TL,計量值,,,,,P1,P2,Lsl,

4、Usl,μ,,,f（x）,,σ,,T,雙側(cè)規(guī)格界限是指既具有規(guī)格上限(TU)要求，又有規(guī)格下限(TL)要求的情況,(1)無偏-規(guī)格中心μ與分布中心重合,●計算公式：,1.雙側(cè)規(guī)格界限,① 不合格品率估計： 注：查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)分布表可得,Cp與不良率P之間的關(guān)系,根據(jù)某工序加工零件的測試數(shù)據(jù)計算得出， =6.5,σ=0.0055

5、，規(guī)格要求為  。試求該工序的過程能力指數(shù)及不良品率。,例1,解：,(2)有偏——規(guī)格中心μ與分布中心 不重合,(2)有偏——規(guī)格中心μ與分布中心不重合,●計算公式：,絕對偏移量 ：,偏移系數(shù) ：,過程能力指數(shù)：,或：,例2:測試一批零件外徑尺寸的平均值 =19.0101 s=0.0143，規(guī)格要求為 ，試計算過程能力指數(shù)并估計不合格品率解：由題意： 計算cpk,由Cp=0

6、.816，k=0.145查表得不良品率估計約為2.09%～2.46%,●計算公式：,1.僅有規(guī)格上限（Tu）,說明：當(dāng)只有單側(cè)規(guī)格時，此時的單側(cè)過程能力指即為CPK,,例 : 某零件質(zhì)量要求加工后不得大于71g，測試部分?jǐn)?shù)據(jù)后得 ＝70.2g，S＝0.24g，試計算過程能力指數(shù)CPK 解：,(2)僅有規(guī)格下限（Tl） ●計算公式：,說明：當(dāng)只有單側(cè)規(guī)格時，此時的單側(cè)過程能力指即為CPK,例3 要求

7、零件淬火后的硬度≥HRC 71，實測數(shù)據(jù)后計算得 ＝HRC 73；S＝1，試計算過程能力指數(shù)Cpk 解：,三、計數(shù)值,1.從DPMO到Sigma (σ)水平,DPMO是基于下面的參數(shù)計算到:(1)D=缺陷數(shù)(2)O=單位缺陷數(shù)(3)U=單位數(shù)(4)DPMO=D/(U*O)*10 例:計算出過程DPMO=320PPM查正態(tài)分布表可得Z=3.59及為3.59 Sigma (σ)水平,6,四、制程不良率PPM推算

8、,1.由計量型數(shù)據(jù)的正態(tài)分布性質(zhì),我們可以在Cpk的基礎(chǔ)上通過查表標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表右邊機率查出不良率%:,,,,,X,USL,x,,,LSL,正態(tài)分布(μ,σ),,,,,,,,,,,,Z2=3Cpu—查標(biāo)準(zhǔn)正太分布右邊機率表及為單邊不良率P1%,Z1=3Cpl—查標(biāo)準(zhǔn)正太分布右邊機率表及為單邊不良率P2%,■不良率(總)=P1%+P2%,例：某一產(chǎn)品所計算得：Cpu=0.82 Cpl=1.21,試估計制程不良率？,不良率(總)=P1%+P

9、2%Z1=3* Cpl =3*1.21=3.63(查正態(tài)分布常數(shù)表0.0142%)Z2=3* Cpu=3*0.82 =2.46(查正態(tài)分布常數(shù)表0.6947%)總計不良率=0.0142%+0.6947%=0.7089%=7089PPM,查《標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布常數(shù)表》,2.產(chǎn)品特性的上下規(guī)格(USL,LSL),在已知產(chǎn)品平均值及標(biāo)準(zhǔn)差時,可直接用EXCEL的計算功能算出不良率:,P%=(1-NORMDIST(USL,均值,標(biāo)準(zhǔn)差,1)

10、+ 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計量型控制圖已知某一產(chǎn)品的USL=1.5mm,LSL=1.0,X=1.31,σ=0.07,試估計制程不良率？,,P%=(1-NORMDIST(1.5,1.31,0.07,1)+ NORMDIST(1.0,1.31,0.07,1

11、))*100%=(1-0.996679+0.00005)*100%=0.3326%=3326PPM,五、長期過程能力指數(shù),一、長期過程能力(Process Performance ) 1.前面的短期制程能力研究主要是用于: 驗證過程生產(chǎn)的產(chǎn)品是否符合客戶要求; 驗證一個新過程或經(jīng)過調(diào)整的過程是否已符合生產(chǎn)要求; 2.而長期過程能力研究與短期研究差異: 不要過程穩(wěn)定; 標(biāo)準(zhǔn)差的計算方式不同;

12、 Pp=（USL-LSL）/6δLT Ppk=min(USL-u,u-LSL)/3δLT Ppu=(USL-u)/3δLT Ppl=(u-LSL)/3δLT,六、目標(biāo)能力指數(shù)Cpm,Cpm是反映過程輸出μ與目標(biāo)值m之間的偏差，主要用于反映過程的期望損失：,七、過程能力的評價與處理,過程能力指數(shù)Cp客觀地、定量地反映了過程能力對規(guī)格要求的適應(yīng)程度，因此它是工序能力評價的基礎(chǔ)。根據(jù)過程能力指數(shù)的大小一般可

13、將加工分為五類：,特級加工:Cp＞1.67,一級加工:1.67≥Cp＞1.33,二級加工:1.33≥ Cp＞1,三級加工:1≥Cp＞0.67,四級加工:Cp≤0.67,工藝方面（method)： 如工藝流程的安排，過程之間的銜接，工藝方法、工藝裝備、工藝參數(shù)、過程加工的指導(dǎo)文件、工藝卡、操作規(guī)范、作業(yè)指導(dǎo)書等；測量方面(measure)： 如測量儀器的精度、穩(wěn)定性、測量者的讀數(shù)習(xí)慣、測量方法等等都會對結(jié)論的形成產(chǎn)生一定

14、的影響；環(huán)境方面(environment)：如生產(chǎn)現(xiàn)場的溫度、濕度、噪音干擾、振動、照明、室內(nèi)凈化、現(xiàn)場污染程度等等。,影響過程能力的因素,K CP,,,K不好,CP好,K不好,CP不好,K好,CP好,K好,CP不好,提高過程能力指數(shù)的途徑,調(diào)整加工過程的分布中心，減少偏移量K，即:,提高過程能力Cp,即減少分散程度σ;,修訂標(biāo)準(zhǔn),增大范圍, 即T;,應(yīng)以制造單位為主,技術(shù)為副,品管為輔,應(yīng)以技術(shù)單位為主,制造為副,品管為輔,以上均不

15、能有效解決時,為提高良品率降低質(zhì)量成本時才加以考慮,二.測量系統(tǒng)分析,測量系統(tǒng)分析的目的,測量系統(tǒng)分析的目的是確定所使用的數(shù)據(jù)是否可靠測量系統(tǒng)分析還可以：評估新的測量儀器將兩種不同的測量方法進(jìn)行比較對可能存在問題的測量方法進(jìn)行評估確定并解決測量系統(tǒng)誤差問題,,,,,,,,,,,,,,,,,,過程變差剖析,,,,,,,,,,,,,,,長期,過程變差,,,,,,,,短期,,,,,,,抽樣產(chǎn)生的變差,,,,,,實際過程變差,,,,,

16、,,,,,,,穩(wěn)定性,,,,,,,,,,,,,,,,線性,,,,,,,,,,,,,,重復(fù)性,,,,,,,準(zhǔn)確度,,,,,,,,,量具變差,,,,,,,操作員造成的變差,,,,,,,測量誤差,,,,,,過程變差觀測值,,,,,,,,“重復(fù)性” 和 “再現(xiàn)性” 是測量誤差的主要來源,再現(xiàn)性,,過程變差,,重復(fù)性和再現(xiàn)性,精確性—描述了測量系統(tǒng)的偏差可重復(fù)性—偏差由量具本身造成；（測量系統(tǒng)內(nèi)部變差）可再現(xiàn)性—偏差由測量者的技巧造成；（測

17、量系統(tǒng)之間或條件之間的變差）測量系統(tǒng)誤差=重復(fù)性+再現(xiàn)性,精確度：重復(fù)性,重復(fù)性,重復(fù)性,重復(fù)性,造成重復(fù)性的可能原因,零件內(nèi)部（抽樣樣本）：形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的一致性儀器內(nèi)部：維修、磨損、設(shè)備或夾具的失效、質(zhì)量或保養(yǎng)不好標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部：質(zhì)量、等級、磨損方法內(nèi)部：作業(yè)準(zhǔn)備、技巧、歸零、固定、夾持、點密度的變差評價人內(nèi)部：技巧、位置、缺乏經(jīng)驗、操作技能或培訓(xùn)、意識、疲勞,造成重復(fù)性的可能原因（續(xù)）,環(huán)境內(nèi)部：對溫度、

18、濕度、振動、清潔的小幅度波動錯誤的假設(shè)—穩(wěn)定，適當(dāng)?shù)牟僮魅狈Ψ€(wěn)健的儀器設(shè)計或方法，一致性不好量具誤用失真（量具或零件）、缺乏堅固性應(yīng)用—零件數(shù)量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）,準(zhǔn)確度：再現(xiàn)性,例：李梅與王丹各對10個模塊 ，重復(fù)測量3次進(jìn)行人員測量再現(xiàn)性分析，數(shù)據(jù)如下：,造成再現(xiàn)性誤差的潛在原因,零件之間（抽樣樣本）：使用相同的儀器、操作者和方法測量A、B、C零件類型時的平均差異儀器之間：在相同零件、操作者和環(huán)境下使用A、

19、B、C儀器測量的平均值差異。注意：在這種情況下，再現(xiàn)性誤差通常還混有方法和/或操作者的誤差。標(biāo)準(zhǔn)之間：在測量過程中，不同的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的平均影響。,方法之間：由于改變測量點密度、手動或自動系統(tǒng)、歸零、固定或夾緊方法等所造成的平均值差異。評價人（操作者）之間：評價人A、B、C之間由于培訓(xùn)、技巧、技能和經(jīng)驗所造成的平均值差異。推薦在為產(chǎn)品和過程鑒定和使用手動測量儀器時使用這種研究方法。,造成再現(xiàn)性誤差的潛在原因（續(xù)）,環(huán)境之間：在經(jīng)過1、2

20、、3等時段所進(jìn)行的測量，由于環(huán)境周期所造成的平均值差異。這種研究常用在使用高度自動化測量系統(tǒng)對產(chǎn)品和過程的鑒定。研究中的假設(shè)有誤缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)計或方法。操作者培訓(xùn)的有效性。應(yīng)用—零件數(shù)量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）,測量系統(tǒng)分析的準(zhǔn)備工作,確定要測量的對象確定評價人的人數(shù)，抽樣零件的數(shù)量重復(fù)測量的次數(shù)評價人的選擇樣件的選擇儀器有足夠的分辨率確定測量程度,測量系統(tǒng)分析的兩個階段,階段一：理解測量過程，確定它是否滿

21、足要求？第一階段是驗證測量系統(tǒng)是否滿足其設(shè)計規(guī)范要求。此外驗證是否存在任何與測量相互依賴的重要環(huán)境問題。第一階段驗證的結(jié)果可能說明操作環(huán)境不會對整個測量系統(tǒng)變差產(chǎn)生重大影響。另外，與重復(fù)性和再現(xiàn)性要素相比較，測量裝置的偏倚和線性影響應(yīng)該較小。,測量系統(tǒng)分析的兩個階段（續(xù)）,階段二：隨著時間推移，測量系統(tǒng)是否能持續(xù)滿足要求？從階段一所得到知識應(yīng)該被用于改進(jìn)第二階段的測量。例如，如果在整個測量系統(tǒng)變差中，重復(fù)性和再現(xiàn)性的影響很大，那

22、么在第二階段中可能要周期性簡單地進(jìn)行這兩個因素的統(tǒng)計實驗。第二階段是對變差的主要原因提供持續(xù)的監(jiān)控，從而說明測量系統(tǒng)是持續(xù)可信的，或隨著時間的推移，測量系統(tǒng)是否出現(xiàn)變壞的信號。,連續(xù)變理測量系統(tǒng)分析,極差法：短期方法，快速的近似值均值—極差法：長期方法，將變差分解為重復(fù)性和再現(xiàn)性、但不確定兩者的相互作用。ANOVA分析法：標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計技術(shù)，可將變差分為四類：零件、評價人、零件與評價人之間的相互作用，以及量具造成的重復(fù)誤差。,,% R

23、&RResults 30%測量系統(tǒng)需要改進(jìn),,Gage R&R 判斷原則,如果重復(fù)性大于再現(xiàn)性，原因可能是：,儀器需要維修可能需要對量具進(jìn)行重新設(shè)計，以獲得更好的嚴(yán)格度需要對量具的夾緊或固定裝置進(jìn)行改進(jìn)零件內(nèi)變差太大,如果再現(xiàn)性大于重復(fù)性，原因可能是：,需要更好的對評價人進(jìn)行如何使用和判讀該量具儀器的培訓(xùn)量具校準(zhǔn)，刻度不清晰某種夾具幫助評價人更一致地使用量具。,,R&R 對過程變差計算的影響

24、,,觀測到的過程變差,,實際的過程變差,,,測量系統(tǒng)的變差,P/T 與 %R&R,將測量系統(tǒng)的變差與產(chǎn)品容差比較是最常用的方法:P/T 可以表達(dá)與產(chǎn)品規(guī)范比較時的好壞程度. 產(chǎn)品規(guī)范的制訂有時會太緊，有時又太松。 一般來說，當(dāng)測量系統(tǒng)只是用來檢驗生產(chǎn)線樣品是否合格時， P/T 是很有效的。因為這時候，即使過程能力(Cpk)不足， P/T 也可以給你足夠的信心來判斷產(chǎn)品的好壞測量系統(tǒng)變差與過程變差的比較（%R&

25、;R）更適合于研究過程的能力與過程改進(jìn)。,,,%R&R = 20%,%R&R = 50%,%R&R = 100%,測量系統(tǒng)變差,P/T = 20%,P/T = 50%,P/T = 100%,,,,,%R&R = 25%,%R&R = 50%,%R&R = 100%,測量系統(tǒng)變差,P/T = 50%,P/T = 100%,P/T = 200%,,,%R&R = 20%,%R&

26、R = 40%,%R&R = 100%,測量系統(tǒng)變差,P/T = 10%,P/T = 20%,P/T = 50%,,,過程實際變差,,破壞性試驗的測量系統(tǒng)分析在一些情況下，在測量取數(shù)據(jù)的同時，樣件將遭到破壞；不能進(jìn)行多次重復(fù)性試驗，因此需要采取其它補救方法進(jìn)行測量系統(tǒng)分析。常用的方法是認(rèn)為同批次內(nèi)樣件間的差異小到可以忽略不計，當(dāng)單個零件使用。 例1：碳素網(wǎng)球拍進(jìn)行平壓的壓力測試，我們選擇10個樣件，2個操作者，每個操作

27、者重復(fù)測2次，來評價測量系統(tǒng)的波動。在這試驗中，共進(jìn)行了40次測量操作。那么在此情況下，我們選取10個批次，從每個批次選取4個球拍，來完成該分析。 例2：一拉力機進(jìn)行粘度拉力試驗，考慮到粘度樣本無法進(jìn)行重復(fù)使用，所以從同一批次中抽取2個樣本，采用同樣的方法，測得的數(shù)據(jù)如下：粘度試驗的測試結(jié)果,,其中δm＝Ｒ／d2, 式中d2 可查控制圖系數(shù)表得到,由于樣本容量為2, d2取值為1.128. δm ＝

28、0.0614/1.128=0.054,,,其中δp＝Ｒ／d2, 式中R為移動極差的均值 ， d2 可查控制圖系數(shù)表得到,由于樣本容量為2, d2取值為1.128.δp ＝0.9175/1.128=0.813,,,這里，做出單值—移動極差控制圖,有了δm 、δp ，就可以估算δT,進(jìn)而計算測量系統(tǒng)P/TV和P/T考察測量系統(tǒng)的分辨力, δT= δm + δp,2,2,2,非連續(xù)數(shù)據(jù)的測量系統(tǒng)分析,當(dāng)過程輸出特性為非連續(xù)性數(shù)據(jù)時