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SPC即英文 「Statistical Process Control」之縮寫,意為 「統計製程式控制制」 SPC或稱統計過程式控制制。SPC主要是指應用統計分析技術對生產過程進行實時監控,科學的區分出生產過程中產品質量的隨機波動與異常波動,從而對生產過程的異常趨勢提出預警,以便生產管理人員及時採取措施,消除異常,恢復過程的穩定,從而達到提高和控制質量的目的。

1 SPC -起源與發展

1. 1924年修華特博士在貝爾實驗室發明了品質控制圖。

2. 1939年修華特博士與戴明博士合寫了《品質觀點的統計方法》。

3. 二戰後美英將品質控制圖方法引進位造業,並應用於生產過程。

4. 1950年,戴明到日本演講,介紹了SQC的技術與觀念。

5. SQC是在發生問題后才去解決問題,是一種浪費,所以發展出了SPC。

6. 美國汽車製造商福特、通用汽車公司等對SPC很重視,所以SPC得以廣泛應用。

7. ISO9000(2000)體系亦注重過程式控制制和統計技術的應用(如8.1,8.2.3)。

2 SPC -概述

統計過程式控制制(SPC)是對製造流程進行測量、控制和品質改善的行業標準方法論,它將在實時生產過程中獲得的以產品或其他形式存在的質量參數繪製在事先確定好控制限的圖表上,從而幫助企業對生產的過程進行實時的管控與分析。在這裡,控制限由生產的過程能力來決定,而公差限則是根據客戶的需求來設定的。

過程式控制制的目的 在大多數的組織內部,在產品質量形成的整個過程中,有許多階段,即子過程和要執行的職能,形成一個過程網路,這個網路的結構一般來說是錯綜複雜的.因此,組織應以協調一致的方法去確定這些過程及其相應的職責、許可權、程序和資源。

過程式控制制的目的就是對為實現產品質量的過程進行檢測和調整,使過程處於受控狀態,以保證過程的質量。

過程式控制制的對象

從過程的概念出發,過程式控制制主要有兩個方面:

1.對過程的輸入輸出進行控制,包括輸入輸出的物資和信息的控制。

2.對投入過程的資源和活動進行控制。

兩種過程式控制制技術

現代質量管理科學是建立在系統論和控制論的基礎上的,隨著社會和經濟的飛速發展,人們對產品質量的要求越來越高,從而帶動了質量控制技術的創新和發展。
1.統計過程式控制制

統計過程式控制制起源於機械加工業。其控制技術來自概率統計中的「小概率事件」原理:「在一次實驗中,小概率事件是不可能發生的,一旦發生,就認為過程發生異常」。將此原理轉化為工業工程技術語言,那就是:「假定過程原來處於過程受控狀態,一次實驗結果顯示出偏離這一狀態,極大的可能性就是過程失控,需要及時調整」。

2.自動過程式控制制技術

自動過程式控制制技術起源於生產流程性材料的工業。在這些工業中許多因素很難通過簡單的調整達到隨時控制過程質量的目的,這些難以控制的因素只能通過自動跟蹤監測儀器反饋的方法以補償的方式控制調整過程。計算機技術的發展促進了自動過程式控制制技術的廣泛應用,但是其控制方法的軟體部分需要根據生產的實際情況進行設計和編製。

過程式控制制的意義 過程式控制制的意義在於在生產過程中,製造質量的合理性。質量管理中有一種說法:「質量不是檢驗出來的,而是在過程中製造出來的。」所謂檢驗形成質量,是指作為過程的結果——產品,經過檢驗被判為合格的產品才能被轉入下一道工序。過程所製造出來的產品,經過檢驗,判為合格品而已。在過程質量中,是指要控制過程的生產條件,使之能穩定的生產出符合技術標準的產品。

產品質量是過程影響產品質量的諸要素的綜合反映;確定作業條件時,應考慮在作業之前,根據至今為止所積累的技術經驗,把作業條件予以規範;作為檢驗也是質量控制的職能,他是以過程生產結果為對象的活動;為了提高員工的質量意識和保證產品的質量,一些組織者過程內實行自檢;以預防為主原則的過程式控制制的思想和方法,不僅適用於製造過程中其他活動。

原理簡介
SPCSPC功能
當過程僅僅含有正常變異時,過程的質量特性是呈現正態分佈的,其分佈狀態如下:
休哈特建議用界限±3σ來控制過程,就是說,在10000個產品中不超過27個不合格品出現,就認為改生產過程是正常的,若達到27個以上,就認為過程失控。
休哈特的思想可以歸結為以下3點:
1.在一切製造過程中所呈現出的波動有兩個分量。第一個分量是過程內部引起的穩定的分量,第二個分量是可查明原因的間斷波動。
2.那些可查明原因的波動可用有效方法加以發現,並可被消除,但偶然波動是不會消失,除非改變基本過程。
3.基於3σ限的控制圖可以把偶然波動和異常波動區分開來。
這三點就充分說明了控制圖的基本原理。
在生產過程中,產品的加工尺寸的波動是不可避免的。它是由人、機器、材料、方法和環境等基本因素的波動影響所致。波動分為兩種:正常波動和異常波動。正常波動是偶然性原因(不可避免因素)造成的。它對產品質量影響較小,在技術上難以消除,在經濟上也不值得消除。異常波動是由系統原因(異常因素)造成的。它對產品質量影響很大,但能夠採取措施避免和消除。過程式控制制的目的就是消除、避免異常波動,使過程處於正常波動狀態。

常用計算表

valign="top" width="33%">

計算能力比值

PP不合格

(雙邊)

Ppk不合格

(單邊)

0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
1.30
1.40
1.50
1.60
1.70
1.80
1.90
2.00

133,620
71,860
35,730
16,396
6,934
2,700
966
318
96
26
7
2
0.340
0.060
0.012
0.002

66,810
35,930
17,865
8,198
3,467
1,350
483
159
48
13
3
1
0.170
0.030
0.006
0.001

                        Pp 和Ppk不合格率



3 SPC -技術原理

控制(SPC)是一種藉助數理統計方法的過程式控制制工具。它對生產過程進行分析評價,根據反饋信息及時發現系統性因素出現的徵兆,並採取措施消除其影響,使過程維持在僅受隨機性因素影響的受控狀態,以達到控制質量的目的。當過程僅受隨機因素影響時,過程處於統計控制狀態(簡稱受控狀態);當過程中存在系統因素的影響時,過程處於統計失控狀態(簡稱失控狀態)。由於過程波動具有統計規律性,當過程受控時,過程特性一般服從穩定的隨機分佈;而失控時,過程分佈將發生改變。SPC正是利用過程波動的統計規律性對過程進行分析控制的。因而,它強調過程在受控和有能力的狀態下運行,從而使產品和服務穩定地滿足顧客的要求。

統計學的幾個基本概念

1) 計量值與計數值

SPCSPC技術流程
計量值:其特點是可以連續讀取的這些數據;

計數值:其特點是不可以連續讀取的這些數據。

2) 總體、個體、樣本、抽樣

總體:由具有某種共同特性的單位個體組成的較大數量的整體。三特性:同質性、大量性和差異性。

樣本:由整體里的一定數量(部分或全部)個體組成的群體。

質量管理中常用的統計分析方法

介紹的以下這些工具和方法具有很強的實用性,而且較為簡單,在許多國家、地區和各行各業都得到廣泛應用:

控制圖:用來對過程狀態進行監控,並可度量、診斷和改進過程狀態。

直方圖:是以一組無間隔的直條圖表現頻數分佈特徵的統計圖,能夠直觀地顯示出數據的分佈情況。

排列圖:又叫帕累托圖,它是將各個項目產生的影響從最主要到最次要的順序進行排列的一種工具。可用其區分影響產品質量的主要、次要、一般問題,找出影響產品質量的主要因素,識別進行質量改進的機會。

散布圖: 以點的分佈反映變數之間相關情況,是用來發現和顯示兩組數據之間相關關係的類型和程度,或確認其預期關係的一種示圖工具。

過程能力指數(Cpk):分析工序能力滿足質量標準、工藝規範的程度。

頻數分析:形成觀測量中變數不同水平的分佈情況表。

描述統計量分析:如平均值、最大值、最小值、範圍、方差等,了解過程的一些總體特徵。

相關分析:研究變數之間關係的密切程度,並且假設變數都是隨機變動的,不分主次,處於同等地位。

回歸分析:分析變數之間的相互關係

4 SPC -常規控制圖的類型

一、根據過程輸出的質量特性的數據性質,常規控制圖主要有兩類:一類是計量控制圖;另一類是計數控制圖。

1.計量控制圖的統計基礎是正態分佈;

2.幾點控制圖的統計基礎是柏松分佈;

二、控制圖按用途分類分為分析用控制圖和控制用控制圖

1.分析用控制圖是利用以發生的質量特性數據做控制圖,對過去的過程質量狀況進行分析。通過分析用控制圖的應用,可以了解、判斷過程是否處於統計控制狀態,同時這也是控制用控制圖應用的前提。

2.控制用控制圖用於當前過程式控制制,通過對過程質量特性數據的收集、統計、計算,並在控制圖上打點,運用控制圖的判斷準則可以及時發現過程是否存在異常原因的波動。通過分析原因,採取糾正措施,對過程進行調整,能對過程質量起到預防作用。在實際應用中,控制用控制圖的控制限是受控控制分析用控制圖控制界限的延長。

5 SPC -如何創建SPC系統

1、關鍵流程的確定
2、穩定工藝過程
3、過程能力的測定和分析
4、確定控制標準
5、選擇和建立控制圖
6、制定反饋行動計劃
7、MSA測量系統分析
8、SPC應用的有效性評估
9、SPC應用的團隊活動
10、案例分析及實施疑難探討

6 SPC -控制圖及計算

SPCSPC流程式控制製圖
SPC控制圖-均值極差圖SPC控制圖-均值極差圖
SPC控制圖-多級箱線圖SPC控制圖-多級箱線圖
1、常用的SPC控制圖

1)計量值控制圖

Xbar-R(X-R):平均值與全距(極差)控制圖

X-Rm:個別值與全距控制圖

2) 計數值控制圖

P-chart:不良率控制圖

Pn-chart:不良數控制圖

C-chart:缺點數控制圖

U-chart:單位缺點數控制圖

2、SPC控制圖應用及計算

控制圖的選擇
控制圖的選擇
 1) SPC控制圖三要素:坐標、管制界限、數據點;構成完整的SPC圖。

2) 計算:

A. Xbar-R(平均值與全距(極差)控制圖):Xbar=∑Xn/n, R =xMax-Xmin ,R=∑Rn/n

UCL=X +A2*R LCL=X -A2*R

UCL=D4*R LCL==D3*R

B.P-chart:不良率控制圖 P=P『(NG)/∑N *100%

C.C-chart:缺點數控制圖

D.U-chart:單位缺點數控制圖

7 SPC -應用

應用控制圖的基本條件1.過程管理規範,人、機、料、法、環、測六大因素已經標準化,生產過程相對穩定,產品質量具有可追溯性。

2.有關員工,特別是質量管理專職人員接受過SPC等數理統計方法的系統培訓,劇本運用的能力

3.具備必要的技術物質條件。

控制圖的應用條件

原則上講,對於任何生產過程(管理過程和服務過程),凡是需要對於產品質量(或工作質量)進行控制的場合都可以用控制圖,但有要求:

1.對於所確定的控制對象應能夠定量,如果只有定性的要求而不能夠定量,那就無法應用控制圖。

2.所控制的過程具有可重複性,對於只有一次性或少數幾次的過程顯然也不能應用控制圖進行控制。

控制對象的選擇

應用控制圖,首先就是要選擇需要控制的質量特性,主要選擇能定量的質量特性,與生產和使用關係較大的質量特性,對下到生產工序影響較大的質量特性,經常出現質量問題的質量特性。

取樣方法的確定

控制圖的優點是通過抽取較少數量的樣品就能夠在長時間內對生產過程的變化予以監視和控制。因此,如何抽取樣本就是一個和重要的問題。

取樣問題一般涉及到樣本量和抽取時間間隔。

做控制圖時,有一個總樣本量N的問題,一般要求取K=20~25個樣本組,總樣本量N應在100個以上,這樣才能保證有效性。

時間間隔的確定要視生產過程的具體情況而定。休哈特提出「合理子組原則」,其內容是「組內差異只有偶因造成,組間差異主要有異因造成」,如果擔心生產過程中異常原因在很短的時間內就會發生,那麼時間間隔就要定的短一些,以便早期能發現系統異常原因,而在有些場合,系統異常原因不經常發生,那麼就應當把時間間隔定的長一些,以減少工作量。

8 SPC -實施

SPCSPC
1、 實施SPC的兩個階段

實施SPC分為兩個階段,一是分析階段(批量試產階段),二是監控階段。在這兩個階段所使用的控制圖分別被稱為分析用控制圖和控制用控制圖。

分析階段的主要目的在於:
一)、使過程處於統計穩態,

二)、使過程能力足夠。

分析階段首先要進行的工作是生產準備,即把生產過程所需的原料、勞動力、設備、測量系統等按照標準要求進行準備。生產準備完成後就可以進行,注意一定要確保生產是在影響生產的各要素無異常的情況下進行;然後就可以用生產過程收集的數據計算控制界限,作成分析用控制圖、直方圖、或進行過程能力分析,檢驗生產過程是否處於統計穩態、以及過程能力是否足夠。如果任何一個不能滿足,則必須尋找原因,進行改進,並重新準備生產及分析。直到達到了分析階段的兩個目的,則分析階段可以宣告結束,進入SPC監控階段。

監控階段的主要工作是使用控制用控制圖進行監控。此時控制圖的控制界限已經根據分析階段的結果而確定,生產過程的數據及時繪製到控制上,並密切觀察控制圖,控制圖中點的波動情況可以顯示出過程受控或失控,如果發現失控,必須尋找原因並儘快消除其影響。監控可以充分體現出SPC預防控制的作用。

在工廠的實際應用中,對於每個控制項目,都必須經過以上兩個階段,並且在必要時會重複進行這樣從分析到監控的過程。

2、SPC控制圖(管製圖)管制界限的調整

1) SPC控制圖特性:追溯性、預測性、延續性(穩定性);故SPC控制圖的管制界限可以延用。

  2) 4M1E分析方法,4M1E:人(MAN)、機(MACHINE)、料(MATETIAL)、法(METHOD)、環(ENVIRONMENT);五要素只要有一個發生改變就必須重新計算。

9 SPC -異常的判斷處理

SPCSPC
SPC控制圖有以下幾種情況屬管製圖異常:

1. 有點超出管制上/下限。

2. 連續7點出現在管制中心線的一側。

3. 連續7點出現持續上升或下降。

4. 連續3點中有2點靠近管制上/下限。

5. 管製圖上的點(7點以上)出現規律性變化。

管製圖異常的處理

1.產線工人或班組長發現SPC管制異常時首先;自我檢查,是否嚴格按作業標準(SOP或WI)作業,相鄰作業員交叉檢驗;情況嚴重,或無法查找到原因必須立即通知品質工程師和製程工程師。

2.品質工程師與製程工程師現場分析后,能否在較短的時間內(0.5~1小時)找到產生異常的原因,採用4M1E分析製程;如仍然無法找到根源,而且情況嚴重(如:P不良率大大超標),報告上級主管決定是否停線;品質工程師召集相關部門開會討論,尋找根本原因(製程、設計、材料或其它)。

3.SPC產生異常的原因找到並實施糾正預防措施后,SPC管製圖向管制異常相反的方向轉變,說明對策有效;恢復正常生產。此過程必須嚴密監控。

10 SPC -製程能力參數CPK

CPK是反映製程能力的一個重要參數;

如CPK≥1.33,說明製程能力較好,需繼續保持;

如1.33≥CPK≥1,說明製程能力一般,須改進加強;

如CPK≤1,說明製程能力較差,急需改進。

11 SPC -發展特點

SPCSPC  chart
70年在全世界範圍的實踐,SPC理論已經發展得非常完善,其與計算機技術的結合日益緊密,其在企業內的應用範圍、程度也已經非常廣泛、深入。概括來講,SPC的發展呈現如下特點:

(1)分析功能強大,輔助決策作用明顯 在眾多企業的實踐基礎上發展出繁多的統計方法和分析工具,應用這些方法和工具可根據不同目的、從不同角度對數據進行深入的研究與分析,在這一過程中SPC的輔助決策功能越來越得到強化;

(2)體現全面質量管理思想 隨著全面質量管理思想的普及,SPC在企業產品質量管理上的應用也逐漸從生產製造過程質量控制擴展到產品設計、輔助生產過程、售後服務及產品使用等各個環節的質量控制,強調全過程的預防與控制;

(3)與計算機網路技術緊密結合現代企業質量管理要求將企業內外更多的因素納入考察監控範圍、企業內部不同部門管理職能同時呈現出分工越來越細與合作越來越緊密兩個特點,這都要求可快速處理不同來源的數據並做到最大程度的資源共享。適應這種需要,SPC與計算機技術尤其是網路技術的結合越來越緊密。

(4)系統自動化程度不斷加強傳統的SPC系統中,原始數據是手工抄錄,然後人工計算、打點描圖,或者採用人工輸入計算機,然後再利用計算機進行統計分析。隨著生產率的提高,在高速度、大規模、重複性生產的製造型企業里,SPC系統已更多採取利用數據採集設備自動進行數據採集,實時傳輸到質量控制中心進行分析的方式。

(5)系統可擴展性和靈活性要求越來越高 企業外部和內部環境的發展變化速度呈現出加速度的趨勢,成功運用的系統不僅要適合現時的需要,更要符合未來發展的要求,在系統平台的多樣性、軟體技術的先進性、功能適應性和靈活性以及系統開放性等方面提出越來越高的要求。

12 SPC -對企業的益處

SPCSPC軟體統治系統控制
SPC強調全過程監控、全系統參與,並且強調用科學方法(主要是統計技術)來保證全過程的預防。SPC不僅適用於質量控制,更可應用於一切管理過程(如產品設計、市場分析等)。正是它的這種全員參與管理質量的思想,實施SPC可以幫助企業在質量控制上真正作到事前預防和控制,SPC可以:

對過程作出可靠的評估;

1、確定過程的統計控制界限,判斷過程是否失控和過程是否有能力;

2、為過程提供一個早期報警系統,及時監控過程的情況以防止廢品的發生;

3、減少對常規檢驗的依賴性,定時的觀察以及系統的測量方法替代了大量的檢測和驗證工作;

4、有了以上的預防和控制,企業當然是可以:

降低成本;降低不良率,減少返工和浪費;提高勞動生產率;提供核心競爭力;贏得廣泛客戶;更好地理解和實施質量體系 。

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