第五章过程质量控制

第五章过程质量控制 • 本章内容要点 • 质量变异原因： • 质量变异规律；过程状态；过程控制 • 过程能力： • 过程能力指数；过程能力分析；过程不合格品率计算；过程性能指数 • 控制图的基本原理： • 常规控制图应用方法；控制图的判断准则 • 红珠实验；漏斗实验 • 排列图；因果图；直方图；流程图；KJ法；矩阵图等常用方法。

视频案例 • 宝马汽车的整个生产工艺过程 • 波音飞机制造全过程 • VW大众高尔夫6德国狼堡生产线 • 康师傅茶饮料：一流质量成就行业龙头 • 优质乳品源于优质质量管理

视频案例 • 重返危机现场：挑战者号航天飞机事故 • 美国正式使用的第二架航天飞机。 • 在1986年1月28日进行代号STS-51-L的第10次太空任务时，因为右侧固态火箭推进器上面的一个O形环失效，导致一连串的连锁反应，并且在升空后73秒时，爆炸解体坠毁。机上的7名宇航员全在该次意外中丧生。

第一节质量变异与过程控制 • 一、质量变异及规律 • ㈠质量变异产生的原因 • 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，它们之间或多或少总会有些差别，这种差别被称为变异。 • 如下图，变异产生的原因。 • 质量变异分为：正常变异和异常变异。

制造过程中的变异源 原材料操作员工艺方法测量工具过程输入输出机器设备环境测量方法工具

关于变异的共识 • ①一个过程存在着很多变异源； • ②每个变异源的发生都是随机的； • ③质量产生变异是一个正常现象； • ④完全消灭变异是不可能的，但是减少变异是可能的。

1.正常变异 • 由生产过程中的偶然因素引起的变异。 • 数量多，来源广，对产品质量的影响比较小，不会因此造成不合格产品。 • 偶然因素在加工过程中几乎是不可避免的。 • 生产过程只存在偶然因素影响的状态称为处于稳定状态或统计控制状态。

2.异常变异 • 由生产过程中的系统性因素引起的变异。 • 数目不多，对产品质量的影响却很大，可能造成不合格产品。 • 在一定条件下可以发现并能相对经济地消除。 • 生产过程中存在系统性因素影响的状态称为处于非稳定状态或非统计控制状态。 • 偶然性因素和系统性因素之间的关系是相对而言的； • 应当通过质量改进，使一些不可控随机性因素逐渐成为可控的系统性因素，不断推进质量管理的水平。

㈡产品质量变异规律 • 在产品生产过程中，对同一批量产品来说，其质量情况却有一定的规律可循。 • 概率论中心极限定理：n个相互独立的、具有同分布的随机变量之和的分布渐近于正态分布。 • 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。

μ ±σ f μ 质量变异分布图 μ ±3σ f μ 在正常生产情况下，质量特性在区间μ±σ的产品有68.26％；在区间μ±2σ的产品有95.46％；在区间μ±3σ的产品有99.73％。凡是在μ±3σ范围内的质量差异都是正常的，是偶然性因素作用的结果。

二、过程分析 • ㈠过程分析的概念 • 过程分析就是对过程中影响产品质量的各类因素进行分析，找出主导性因素，调查这些因素与产品质量之间的关系(特别是一些数量关系)，然后建立过程因素的管理标准，根据标准要求开展过程质量控制活动。

㈡过程质量的支配性因素 • 支配性因素是过程中对质量起支配作用的少数因素，支配性因素取决于不同行业和不同产品。 • 在制造过程中一般起支配作用的因素有： • 1.定位装置起支配作用。 • 2.机器设备起支配作用。 • 3.操作人员起支配作用。 • 4.原材料起支配作用。 • 5.信息起支配作用。 • 对于有些过程，几个因素混合起支配作用，要找出支配性的变量往往比较困难。

㈢过程分析的程序 • 1.分析过程质量因素的状态。 • 包括不同生产线、不同设备、不同时间、不同操作者、不同批次间的变异。 • 2.选择过程质量特性值。 • 主要选择不能稳定地达到标准要求的那些关键质量特性或主要质量特性。 • 3.分析影响质量特性值变异的因素。 • 要分析哪些因素处于受控状态下，才能保证其质量特性值达到标准要求。

4.确定支配性因素的控制标准。 • 建立控制管理标准，纳入经常性的过程分析活动。 • 5.实施控制，验证效果。 • 主要是严格执行控制手段、措施，衡量控制效果，并将控制效果的措施纳入质量体系文件中，形成标准。

三、过程控制 • ㈠过程控制的含义 • 过程控制就是维持工作长期处于稳定状态的活动。 • 为了搞好过程控制，必须具备以下条件： • 1.要制定过程控制所需要的各种标准，包括产品标准、作业标准、设备保证标准等。 • 这些标准是作为判断过程是否处于稳定状态的依据。 • 2.要建立一套灵敏的信息反馈系统，把握过程实际执行结果及其可能发展的趋势。 • 3.要具有纠正执行结果同原有结果之间所产生偏差的措施。没有纠正措施，过程控制就失去意义。

㈡过程控制的内容 • 1.对生产条件的控制。 • 对人、机、料、法、环等五大影响因素进行控制。 • 2.对关键工程的控制。 • 对关键过程除了控制上述生产条件外，还要随时掌握过程质量变化趋势，使其始终处于良好的状态。 • 3.计量和测试的控制。 • 计量测试关系到质量数据的准确性，必须严加控制。

4.不合格品控制。 • 不合格品控制应由质量管理或质量保证部门负责，不能由检验部门负责。 • 质量管理或质量保证部门，除对不合格品的适用性作出判断外，还应该据此掌握质量信息，进行预防性质量控制，组织质量改进，改善外购件供应等，不合格品控制应有明确的制度和程序。 • Statistical Process Control=SPC

㈢过程控制的程序 系统调研，现状分析收集数据采取措施原因分析过程能力分析问题调查 SPC控制分析采取措施原因分析非受控状态控制图判断变异调查受控状态过程日常控制

在生产过程中，为了实现设计质量，必须解决两个方面问题：在生产过程中，为了实现设计质量，必须解决两个方面问题： • 一是怎么使各过程具有生产合格品的保证能力； • 二是如何把保证产品质量的能力保持下去。 • 上述两个问题就是过程控制的核心。

案例：麦当劳的细节管理 • 风靡全球的麦当劳，在世界121个国家中拥有3万家店，每天，令人惊奇的吸引着世界上4500万人就餐。麦当劳带给我们的不光是快餐的概念，更诠释了一种美式生活文化。 • 麦当劳把“品质、服务、整洁、价值”的经营理念点点滴滴细化贯穿到企业管理的每个环节、每个角落，可以说，点点滴滴的细节管理塑造了麦当劳的卓越品牌。

麦当劳为了确保汉堡包的鲜美可口，在细节上下足了功夫，精益求精简直到了苛求的程度：麦当劳为了确保汉堡包的鲜美可口，在细节上下足了功夫，精益求精简直到了苛求的程度： • 面包的直径均为17厘米，因为这个尺寸入口最美; • 面包中的气泡全部为0.5厘米，因为这种尺寸味道最佳; • 对牛肉食品的品质检查有40多项内容，从不懈怠; • 肉饼的成份很有讲究，必须由83%的肩肉与17%的五花肉混制而成; • 牛肉饼重量在45克时其边际效益达到最大值; • 汉堡包从制作到出炉时间严格控制在5秒钟; • 一个汉堡包净重1.8盎司，其中洋葱的重量为0.25盎司;

汉堡包出炉后超过10分钟，薯条炸好后超过7分钟，一律不准再卖给顾客;汉堡包出炉后超过10分钟，薯条炸好后超过7分钟，一律不准再卖给顾客; • 汉堡包饼面上若有人工手压的轻微痕迹，一律不准出售; • 与汉堡包一起卖出的可口可乐必须是4℃，因为这个温度最可口; • 柜台高度为92厘米，因为这个高度绝大多数顾客付账取物时感觉最方便; • 不让顾客在柜台边等候30秒以上，因为这是人与人对话时产生焦虑的临界点。在麦当劳，从原料供应到产品售出，任何行动都必须遵循严格统一的标准、规程、时间和方法，全球各地的顾客在世界的不同角落，不同时间，都能品尝到品质相同、鲜美可口的美式汉堡。 • 可以说点点滴滴、精益求精的细节打造了麦当劳所向披靡的品牌力。 • 麦当劳的精细管理也给我们以深刻的启示：细节成就品牌。

位于伊利诺州德斯普兰斯麦当劳餐厅，是Ray Kroc于1955年4月开设的首间经销权餐厅，现在已经改为麦当劳博物馆。

第二节过程能力 • 一、过程能力概述 • ㈠过程能力的概念 • 在制造过程中，过程能力是指处于稳定状态下的过程的实际加工能力。 • 过程处于稳定状态的条件： • ①原材料或上一过程半成品按照标准要求供应； • ②本过程按照作业标准实施，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。

当过程处于稳定状态时，一般用产品质量特性值的变异程度来表示过程能力。当过程处于稳定状态时，一般用产品质量特性值的变异程度来表示过程能力。 • 根据正态分布的性质，落在μ±3σ范围内的产品质量特性值占到全部产品的99.73%。 • 通常以±3σ，即6σ为标准来衡量过程能力。记过程能力为B，则B= 6σ。（经济的幅度）

㈡对过程能力的理解 • 1.过程能力和资源的关系 • 投入过程的资源越多越先进过程所表现出来的能力就越大，资源在过程中无法储存； • 为不造成资源浪费，过程能力应确保在一个适度的范围内。 • 资源的不稳定性导致过程能力发生变异，并对过程结果产生影响。 • 要使过程能力处于稳定状态，就要使“变异”最小。

2.过程能力和人的关系 • 人对于过程来说，分为： • 过程中的人——过程执行者； • 过程之外的人——过程制定者。 • 在制定过程时是人的能力决定过程能力； • 在执行过程时是过程能力决定人的能力。

㈢分析过程能力的意义 • 首先，过程能力的测定和分析是保证产品质量基础工作。 • 其次，过程能力的测试分析是提高过程能力的有效手段。 • 最后，过程能力的测试分析为质量改进找到方向。

㈣过程能力的测定方法 • 1.直接测量产品方法； • 2.间接测量法； • 3.差错分析法； • 4.分析过程因素对产品质量特性值影响的相关关系。

二、过程能力指数 • ㈠过程能力指数的概念 • 表示过程能力满足过程质量标准要求程度的量值。过程质量要求与过程能力的比值，常用来CP表示。 • 式中，T为产品的技术要求或质量标准。

过程能力与过程能力指数不同 • 过程能力是过程自身实际达到的质量水平，是一个比较稳定的数值； • 过程能力指数是一个相对的概念，即使同一个过程，过程能力指数可能因为质量标准要求的不同而不同。 • 作为技术要求满足程度的指标，过程能力指数越大，说明过程能力越能满足技术要求，甚至有一定的技术储备。

㈡过程能力指数的计算 • 过程能力指数的计算是在稳定的前提下，用过程能力与技术要求做比较，分析过程能力满足技术要求的程度。 • 1.计量值的过程能力指数的计算 • 计量值是对产品质量特性进行测量所得的观察值。 • 如以米（m）表示的长度，以欧姆（Ω）表示的电阻，以分贝（dB）表示的噪声等。

T TL TU • ⑴双侧公差且分布中心μ和标准中心M重合的情况 6σ μ(M) 双侧公差且分布中心和标准中心重合

TU 为质量标准的上限值，TL为为质量标准的下限值。 • 由于通常情况下总体标准差是未知的，所以一般用σ的估计值来代替。 • 当过程稳定，样本足够大时，常利用所有样本数据的标准差S来估计总体的标准差σ。

[例5-1]某螺栓大径的设计要求是7.9~7.95mm，从生产现场随机抽取100个样本，测得 =7.925mm，S=0.00519mm，求过程能力指数。 • 解：当过程处于稳定状态，而样本大小n=100也足够大时，可以用S来代替σ。 • 因为 • 所以，

⑵双侧公差且分布中心μ和标准中心M不重合的情况⑵双侧公差且分布中心μ和标准中心M不重合的情况 T/2 T/2 TL TU ε μ M

记分布中心μ对标准中心M的绝对偏移量为ε，则 。把ε对T/2的比值称为相对偏移量或者相对偏移系数，记为K，则 • 从上图中可以看出，因为分布中心μ和标准中心M不重合，所以实际有效的标准范围就不能完全利用。若偏移量为ε，则分布中心右侧的过程能力指数为

分布中心左侧的过程能力指数为：

我们知道，左侧过程能力的增加不能补偿右侧过程能力的损失，所以在有偏移值时，只要以两者之间较小的值来计算过程能力指数，这个过程能力指数称为修正过程能力指数，记作Cpk。则：我们知道，左侧过程能力的增加不能补偿右侧过程能力的损失，所以在有偏移值时，只要以两者之间较小的值来计算过程能力指数，这个过程能力指数称为修正过程能力指数，记作Cpk。则： • Cpk=Cp(1-K)

从上述公式可知： • ①当μ恰好位于标准中心时，，即K=0，则Cpk=Cp，此时修正过程能力指数就是一般过程能力指数； • ②当μ恰好位于标准上限或者下限时，即μ=TU或者μ=TL，此时K=1，Cpk=0； • ③当μ位于标准界限之外时，即ε＞T/2，则K＞1， Cpk=0。 • 所以，K值越小越好，K=0是理想状态。

[例5-2]某过程Cp=1，分布中心向公差上限偏移，K=0.4，试求Cpk。[例5-2]某过程Cp=1，分布中心向公差上限偏移，K=0.4，试求Cpk。 • 解：已知Cp和K值，利用公式可得： • Cpk=Cp(1-K)=1×（1-0.4）=0.6

[例5-3]某过程加工的零件尺寸要求为Ф 20±0.023mm，现经过随机抽样，测得样本平均值 =19.997，样本标准差S=0.007mm，求Cpk。 • 解：因为

⑶单侧公差情况下Cp值的计算 • 只规定公差上限时，则 • 如果μ≥TU时，分布中心已超过标准上限， TU –μ为负值，故认为Cpu=0，这时过程可能出现的不合格品率高达50%~100%，过程能力严重不足。

只规定标准上限 6σ μ TU T

只规定公差下限时，则 • 如果μ≤TL时，分布中心已超过标准下限， μ –TL为负值，故认为Cpl=0，这时过程可能出现的不合格品率高达50%以上，过程能力严重不足。

只规定标准下限 6σ μ TL T

[例5-4]某产品含某一杂质要求最高不能超过12.2㎎，样本标准差S为0.038㎎， 为12.1㎎，求过程能力指数。 • 解：

[例5-5]某塑胶板技术要求其击穿电压不低于1200V，现随机抽样，得知 =1260V，S=24V。求过程能力指数。 • 解：

2.计件值过程能力指数的计算 • 在计件值情况下，过程能力指数的计算相当于单公差情况，Cp计算公式为：

第五章 过程质量控制