統(tǒng)計過程控制SPC概論

1、SPC即統(tǒng)計過程控制（Statistical Process Control ）。SPC是美國美國貝爾實(shí)驗室休哈特 （Shewhart）博士首先應(yīng)用正態(tài)分布特性于生產(chǎn)過程中的管理，目前已成為生產(chǎn)過程中控制穩(wěn) 定產(chǎn)出的主要工具之一，在生產(chǎn)型企業(yè)中應(yīng)用的非常廣泛。SPC主要是指應(yīng)用統(tǒng)計分析技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控， 科學(xué)的區(qū)分出生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì) 量的隨機(jī)波動與異常波動，從而對生產(chǎn)過程的異常趨勢提出預(yù)警， 以便生產(chǎn)管理人員及時采 取措施，消除異常，恢復(fù)過程的穩(wěn)定，從而達(dá)到提高和控制質(zhì)量的目的。在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品的質(zhì)量特征值的波動是不可避免的。它是由4M1E，即人、機(jī)器、材料、方法和環(huán)境等基本因素的

2、波動綜合影響所致。波動分為兩種：正常波動和異常波動，或稱為偶然誤差和系統(tǒng)誤差。正常波動是偶然性原因（不可避免因素）造成的。它對產(chǎn)品質(zhì)量影響較小，在技術(shù)上難以消除，在經(jīng)濟(jì)上也不值得消除。異常波動是由系統(tǒng)原因（異常因素）造 成的，它對產(chǎn)品質(zhì)量影響很大， 但能夠采取措施避免和消除。過程控制的目的就是消除、避免異常波動，使過程處于正常波動狀態(tài)。一、SPC技術(shù)原理統(tǒng)計過程控制（SPC）是一種借助數(shù)理統(tǒng)計方法的過程控制工具。它對生產(chǎn)過程進(jìn)行分析評 價，根據(jù)反饋信息及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性因素出現(xiàn)的征兆，并采取措施消除其影響， 使過程維持在僅受隨機(jī)性因素影響的受控狀態(tài)，以達(dá)到控制質(zhì)量的目的。 當(dāng)過程僅受隨機(jī)因素影響時

3、，過程處于統(tǒng)計控制狀態(tài) （簡稱受控狀態(tài)）；當(dāng)過程中存在系統(tǒng)因素的影響時，過程處于統(tǒng)計失控狀態(tài)（簡稱失控狀態(tài)）。由于過程波動具有統(tǒng)計規(guī)律性，隨機(jī)誤差具有一定的分布規(guī)律，當(dāng)過程受控時沒有系統(tǒng)誤差，根據(jù)中心極限定理，這些隨機(jī)誤差的總和，即總體質(zhì)量特性服從正態(tài)分布N （卩，b2）。正態(tài)分布的特征直觀看就是大多數(shù)值集中在以卩為中心位置，越往邊緣個體數(shù)越少。 在正態(tài)分布正負(fù)3b范圍內(nèi)，即樣品特征值出現(xiàn)在 （Eb,卩+3b中的概率為99.73%,即超出正負(fù)3b 范圍發(fā)生概率僅為 0.27%。If而失控時，過程分布將發(fā)生改變， 數(shù)據(jù)的中心位置或離散程度發(fā)生很大變化。當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)正負(fù)3 b范圍以外，根據(jù)小概率事件

4、實(shí)際不可能發(fā)生原理，即認(rèn)為已出現(xiàn)失控。如果加工處于受控狀態(tài)，則認(rèn)為樣品特征值一定落正負(fù)3 b范圍內(nèi)，即存在 3 b原理。SPC正是利用過程波動的統(tǒng)計規(guī)律性對過程進(jìn)行分析控制的。在世界上大多數(shù)國家均以正負(fù)3b范圍為控制界限。因而，它強(qiáng)調(diào)過程在受控和有能力的狀態(tài)下運(yùn)行，從而使產(chǎn)品和服務(wù)穩(wěn)定地滿足顧客的要求。下圖是控制圖的基本形式。CL和，上控制限If控制圖有兩個坐標(biāo)，縱坐標(biāo)代表質(zhì)量特性值，橫坐標(biāo)表示樣本號。中心線UCL=y +3 0；下控制限 LCL=卩-3 0。生產(chǎn)中，定期抽取樣本，測出其質(zhì)量特性值數(shù)據(jù)，計算后標(biāo)在圖上，觀察點(diǎn)是否越限，判斷 生產(chǎn)過程是否處于穩(wěn)定狀況。二、控制圖類型控制圖是畫有控

5、制界限， 對生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制的一種圖。用它來判斷產(chǎn)品質(zhì)量波 動的原因（系統(tǒng)原因或偶然原因），進(jìn)而判斷生產(chǎn)過程是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。按不同用途，控 制圖可分為用于預(yù)防不合格品產(chǎn)生的管理用控制圖和主要用于分析用的控制圖兩類。根據(jù)不同的質(zhì)量特性值，控制圖可分為計量型控制圖和計數(shù)型控制圖。名稱 均值一極差 控制圖符號適用合應(yīng)ar-Effi廿魏里搜制圈均值一標(biāo)淮 差控制團(tuán)中位數(shù)一極 差控制圖單值一移動 極差控制E不合格品數(shù) 控制圖不合格品率 控制圉單位缺陷圖 控制圖三、SPC應(yīng)用步驟K-Efflnp圖iffl實(shí)施SPC分為兩個階段，一是分析階段,別被稱為分析用控制圖和控制用控制圖。態(tài)；二是使過程能

6、力足夠。分析階段首先要進(jìn)行的工作是生產(chǎn)準(zhǔn)備,罠常用使用范圉廣：提 供信息多；判靳工序是否 正常的散果好，計算R值的 工作量小麗71靦T軽盂幫 的蝕巢最味但計算器的工 作量大.計算簡便，宜在現(xiàn)場采 用捉供信息少，但檢出 能力差.簡便省事，能及時判別工 潯是否處于穩(wěn)定狀態(tài)口缺 直是不屍發(fā)現(xiàn)工序分布中 心的變優(yōu).校常用計算簡ffi，作業(yè) 人員易于*握.樣本含量樣*取樣量大，且計茸量 A-控制線凹凸不平，檢 出能力與群車容壘有關(guān)= 鍍常用，計算簡S亂 作業(yè) 人員揚(yáng)于握，要求樣戀 量犬.計專童大，控制曲踐凹凸 不平；檢出能力與樣本容 重11有關(guān)”適用于產(chǎn)品批重丈且生產(chǎn) 正常r穩(wěn)定的工序適用于產(chǎn)品批量犬且

7、生產(chǎn) 正常r穩(wěn)定的工序.適用于產(chǎn)品批量大且生產(chǎn)正常r穩(wěn)定的工序-因各種原因（時間或費(fèi) ffl） 只能潯到一個數(shù) 據(jù)或盡快發(fā)現(xiàn)開fW除異常 H氣樣本舍童相等u樣本含量可以不等.樣審含壘相等.樣本含童可UA不尊.二是監(jiān)控階段。在這兩個階段所使用的控制圖分分析階段的主要目的在于： 一是使過程處于統(tǒng)計穩(wěn)即把生產(chǎn)過程所需的原料、勞動力、設(shè)備、測量系統(tǒng)等按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行準(zhǔn)備。生產(chǎn)準(zhǔn)備完成后就可以進(jìn)行，注意一定要確保生產(chǎn)是在影響生產(chǎn)的各要素?zé)o異常的情況下進(jìn)行；然后就可以用生產(chǎn)過程收集的數(shù)據(jù)計算控制界限,作成分析用控制圖、直方圖、或進(jìn)行過程能力分析，檢驗生產(chǎn)過程是否處于統(tǒng)計穩(wěn)態(tài)、以及過程能SPC 監(jiān)控階段。監(jiān)

8、控階段的主要工作是使用控制用控制圖進(jìn)行監(jiān)控。此時控制圖的控制界限已經(jīng)根據(jù)分析階段的結(jié)果而確定， 生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)及時繪制到控制上，并密切觀察控制圖， 控制圖中點(diǎn)的波動情況可以顯示出過程受控或失控， 如果發(fā)現(xiàn)失控，必須尋找原因并盡快消除其影響。 監(jiān)控力是否足夠。 如果任何一個不能滿足， 則必須尋找原因， 進(jìn)行改進(jìn)， 并重新準(zhǔn)備生產(chǎn)及分析。直到達(dá)到了分析階段的兩個目的，則分析階段可以宣告結(jié)束，進(jìn)入可以充分體現(xiàn)出 SPC 預(yù)防控制的作用。在工廠的實(shí)際應(yīng)用中， 對于每個控制項目， 都必須經(jīng)過以上兩個階段， 并且在必要時會重復(fù) 進(jìn)行這樣從分析到監(jiān)控的過程。分析用控制圖作圖步驟1)選取控制圖要控制的質(zhì)量特性

9、；2)根據(jù)質(zhì)量特性及適用的場合選取控制圖類型；3)4)收集并記錄2025個樣本組的數(shù)據(jù)，或使用以前所記錄的數(shù)據(jù)，通常每組樣本量n=4-5確定合適樣本組、樣本大小和抽取間隔，并假定在樣本組內(nèi)波動為系統(tǒng)因素引起；個，這樣保證控制過程的檢出率為84 90；5)計算各組樣本的統(tǒng)計量(均值、標(biāo)準(zhǔn)差，極差等)；6)計算中心線和控制限；7)8)分析樣本點(diǎn)的排列形狀，判斷過程是否受控。繪制控制圖(畫坐標(biāo)軸，畫中心線和上下控制限，根據(jù)樣本值打點(diǎn)，記入相關(guān)事項)；能表明生產(chǎn)過程穩(wěn)定、 無系統(tǒng)因素控制用控制圖作圖步驟當(dāng)分析用控制圖中點(diǎn)子均在控制限之內(nèi)或排列無缺陷時， 影響生產(chǎn)過程， 尚不能說明不合格率小于允許值。

10、因此， 在分析用控制圖基礎(chǔ)上需要繪制控 制用控制圖。相關(guān)步驟如下：1）消除系統(tǒng)因素。依據(jù)分析用控制圖提供的信息判斷生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定，即是否有系統(tǒng)因素在起作用。如果存在系統(tǒng)因素，應(yīng)設(shè)法消除。2）重新計算控制限。 剔除分析用控制圖中無代表性的數(shù)據(jù) （如落在界限外點(diǎn)子的數(shù)據(jù)） 后， 重新計算中心線和控制限。3）確認(rèn)分布范圍位于公差界限之內(nèi)。只有當(dāng)生產(chǎn)過程穩(wěn)定且產(chǎn)品質(zhì)量特性值分布范圍位于公差界限之內(nèi)時， 才能保證不出現(xiàn)大量不合格品。 因此應(yīng)該利用分析用控制圖的數(shù)據(jù)繪制直 方圖，并與公差界限比較，或直接計算工序能力指標(biāo)，進(jìn)而采取相應(yīng)措施。4）控制用控制圖的使用。在確認(rèn)和平過程穩(wěn)定并具備足夠的工序能力后，

11、便可開始批量生產(chǎn)，并用控制圖控制生產(chǎn)過程，即根據(jù)控制圖類型抽取樣本進(jìn)行計算、繪圖和分析。四、 SPC 應(yīng)用的好處和不足SPC 利用控制圖，強(qiáng)調(diào)全過程監(jiān)控、全系統(tǒng)參與，并且強(qiáng)調(diào)用科學(xué)方法（主要是統(tǒng)計技術(shù)）SPC 可以幫助企業(yè)在質(zhì)量控來保證全過程的預(yù)防。 SPC 不僅適用于質(zhì)量控制，更可應(yīng)用于一切管理過程（如產(chǎn)品設(shè)計、 市場分析等）。正是它的這種全員參與管理質(zhì)量的思想，實(shí)施 制上真正作到 事前預(yù)防和控制， SPC 可以：l 對過程作出可靠的評估；l確定過程的統(tǒng)計控制界限，判斷過程是否失控和過程是否有能力;I為過程提供一個早期報警系統(tǒng)，及時監(jiān)控過程的情況以防止廢品的發(fā)生;I減少對常規(guī)檢驗的依賴性，定

12、時的觀察以及系統(tǒng)的測量方法替代了大量的檢測和驗證工作;I區(qū)分散布的正常原因和異常原因，作為采取局部措施和對系統(tǒng)采取措施的指南。有了以上的預(yù)防和控制，應(yīng)用SPC還可以促進(jìn)企業(yè):降低成本;降低不良率，減少返工和浪費(fèi);提高勞動生產(chǎn)率;提供核心競爭力;贏得廣泛客戶;更好地理解和實(shí)施質(zhì)量體系。應(yīng)用SPC對生產(chǎn)進(jìn)行工序質(zhì)量控制時，可能會出現(xiàn)兩類錯誤。如圖所示:I類錯第I類錯誤：把處于統(tǒng)計控制狀態(tài)下的生產(chǎn)工序誤判為處于非統(tǒng)計控制狀態(tài)，稱為第II 類誤。把犯第 I 類錯誤的概率稱為第 I 類風(fēng)險，記為 a。第 II 類錯誤：把處于非統(tǒng)計控制狀態(tài)下的生產(chǎn)工序誤叛為處于統(tǒng)計控制狀態(tài)，稱為第a越小，則B越大，反錯誤

13、。把犯第 II 類錯誤的概率稱為第 II 類風(fēng)險，記作 B。般情況下，要同時避免兩類錯誤是不可能的。當(dāng)樣本大小一定時， 之，a越大，則B越小。實(shí)踐證明，3 b范圍可使兩類錯誤造成的總損失最小，較為經(jīng)濟(jì)合理。五、SPC的最新發(fā)展經(jīng)過近70年在全世界范圍的實(shí)踐，SPC理論已經(jīng)發(fā)展得非常完善，其與計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合日益緊密，其在企業(yè)內(nèi)的應(yīng)用范圍、程度也已經(jīng)非常廣泛、深入。概括來講，SPC的發(fā)展呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：1、分析功能強(qiáng)大， 輔助決策作用明顯。 在眾多企業(yè)的實(shí)踐基礎(chǔ)上發(fā)展出繁多的統(tǒng)計方法和 分析工具，應(yīng)用這些方法和工具可根據(jù)不同目的、 從不同角度對數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的研究與分析， 在這一過程中 SPC 的輔

14、助決策功能越來越得到強(qiáng)化。2、體現(xiàn)全面質(zhì)量管理思想。隨著全面質(zhì)量管理思想的普及， SPC在企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量管理上的 應(yīng)用也逐漸從生產(chǎn)制造過程質(zhì)量控制擴(kuò)展到產(chǎn)品設(shè)計、 輔助生產(chǎn)過程、 售后服務(wù)及產(chǎn)品使用 等各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，強(qiáng)調(diào)全過程的預(yù)防與控制。3、與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合?，F(xiàn)代企業(yè)質(zhì)量管理要求將企業(yè)內(nèi)外更多的因素納入考察監(jiān) 控范圍、企業(yè)內(nèi)部不同部門管理職能同時呈現(xiàn)出分工越來越細(xì)與合作越來越緊密兩個特點(diǎn)， 這都要求可快速處理不同來源的數(shù)據(jù)并做到最大程度的資源共享。適應(yīng)這種需要，SPC與計算機(jī)技術(shù)尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合越來越緊密。4、系統(tǒng)自動化程度不斷加強(qiáng)。傳統(tǒng)的SPC 系統(tǒng)中，原始數(shù)據(jù)是手工抄錄，然后人工計算、打點(diǎn)描圖， 或者采用人工輸入計算機(jī)， 然后再利