第四章统计过程控制SPC
统计过程控制（SPC）
统计过程控制（SPC）SPC（Statistical Process Control）：统计过程控制用统计技术对过程的各个阶段进行监控，达到保证与改进质量的目的。
起源、发展SPC目的统计的基本概念1、数据计量型特点：可以连续取值也称连续型数据。
如：零件的尺寸、强度、重量、时间、温度等计数型特点：不可以连续取值，也称离散型数据。
如：废品的件数、缺陷数2、波动（变差）波动是指在现实生活中没有两件东西是完全一样的。
生产实践证明，无论用多么精密的设备和工具，多么高超的操作技术，甚至由同一操作工，在同一设备上，用相同的工具，生产相同材料的同种产品，其加工后的质量特性（如：重量、尺寸等）总是有差异，这种差异称为波动。
公差制度实际上就是对这个事实的客观承认。
消除波动不是SPC的目的，但通过SPC可以对波动进行预测和控制。
波动原因控制图控制图是用于分析和控制过程质量的一种方法。
控制图是一种带有控制界限的反映过程质量的记录图形，图的纵轴代表产品质量特性值(或由质量特性值获得的某种统计量)；横轴代表按时间顺序(自左至右)抽取的各个样本号；图内有中心线(记为CL)、上控制界限(记为UCL)和下控制界限(记为LCL)三条线。
控制图目的计量型、计数型控制图的选择应用流程计量型控制图制作步骤A 收集数据数据收集B 计算控制限计算控制线C 过程控制解释过程控制D 过程能力计算/解释过程能力计算计数型控制图的制作步骤A 收集数据收集数据B 计算控制限计算控制限C 过程控制解释过程控制解释D 过程能力解释过程能力解释使用控制图注意事项分组问题主要是使在大致相同的条件下所收集的质量特性值分在一组, 组中不应有不同本质的数据, 以保证组內仅有偶然因素的影响.我们所使用的控制图是以影响过程的许多变动因素中的偶然因素所造成的波动为基准来找出异常因素的, 因此, 必须先找出过程中偶然因素波动的这个基准.分层问题同样产品用若干台设备进行加工时, 由于每台设备工作精度、使用年限、保养状态等都有一定差异, 这些差异常常是增加产品质量波动、使变差加大的原因. 因此, 有必要按不同的设备进行质量分层, 应按不同条件对质量特性值进行分导控制, 作分层控制图. 另外,当控制图发生异常时, 这又是为了确切地找出原因、采取措施所不可缺少的方法.控制界限的重新计算为使控制结适应今后的生产过程, 在确定控制图最初的控制线CL、UCL、LCL时, 常常需要反复收集数据和计算, 以求得切实可行的控制图. 但是, 控制图经过使用一定时期后, 生产过程有了变化, 例如加工工艺改变、刀具改变、设备改变以及进行了某种技术改革和管理改革措施后, 应重新收集最近期间的数据, 重新计算控制界限并作出新的控制图.6sigma。
第四章SPC统计过程控制
第四章统计过程控制SPC1.什么是统计过程控制？使用诸如控制图等统计技术来分析过程或输出，以便采取适当的措施来达到并保持统计状态从而提高过程能力，称之为统计过程控制。
2控制图是使用统计方法，将收集的数据计算出一条中心线和两条控制线，也就是我们所能做的生产能力水准。
随时将样本数据计算并点入控制图内，以提醒作业人员注意，如发现超出控制界限外之点或异常现象时，立即进行改善工作，以防止不合格的发生。
3.什么是计量型数据？计量型数据就是定量的数据，可用测量值来分析。
如某人的身高170cm、体重60kg，产品的尺寸10.04mm、溶液的浓度98％，园轴的直径6.0mm，电阻值360Ω、电流量1.5A 等。
4.什么是计数型数据？计数型数据就是可以用来记录和分析的定性数据。
如每一批产品中不合格品的个数，一块玻璃上有几个气泡或砂眼、一张图纸上出现错误的点数，一件产品上有几个缺陷等，计数型数据通常以不合格品或不合格的形式收集。
5.什么是变差？过程单个输出之间不可避免的差别，过程中由于受到人、机器、材料、方法、环境、测量等因素的影响，输出的零件、半成品或成品个体之间必然存在差异，这种差异就称之为变差。
产生变差的原因可分成两类：普通原因和特殊原因。
6.什么是变差的普通原因？普通原因：指的是造成随着事件的推移具有稳定的且可重复的分布过程中的许多变差的原因。
普通原因表现为稳定系统的偶然原因。
•普通原因的识别：•如用同一量具，由同一人量测某人身高数次，所得量测值有差异存在。
•在生产过程中，虽然订有操作标准，但在操作条件容许之范围内必有变化。
•原材料之品质在其规格范围内的变异。
如材料的重量、密度、厚薄及油漆的颜色等。
7.什么是变差的特殊原因？特殊原因：（非机遇原因）是指造成不是始终作用于过程的变差的原因，即当他们出现时将造成整个过程的分布改变。
如果系统内存在变差的特殊原因，随着时间的推移，过程输出将不稳定。
•特殊原因的识别：•如由于及其之不同、材料之差异、人为之因素、或操作的原因，影响品质之变异，这些原因都是可以避免的。
SPC统计过程控制
SPC统计过程控制SPC（Statistical Process Control，统计过程控制）是一种基于统计原理和数据分析方法的质量管理工具，用于监控和控制生产过程中的变异性，以确保产品或服务的质量。
SPC是由质量概念的先驱沃尔特·A·谢温（Walter A. Shewhart）在20世纪20年代初首次引入的。
它的目的是通过使用统计技术来分析生产过程中的数据，从而减少产品或服务的变异性，提高整体质量水平。
SPC的基本原理是通过统计分析来了解生产过程中的变异性，以便及时采取措施来纠正和调整生产过程。
它主要包括以下步骤：1.确定控制指标：选择适当的指标来监控生产过程的变异性。
常用的指标包括尺寸、重量、硬度等。
2.收集数据：根据预定的采样计划和频率，定期收集生产过程中的数据。
数据可以通过各种手段收集，如直接测量、抽样检验等。
3.绘制控制图：使用统计方法将收集到的数据绘制成控制图。
控制图是一种图表，它显示了一个或多个过程指标的变化情况，以及上下限范围。
通过观察控制图，人们可以判断生产过程是否处于控制状态，是否存在异常情况。
4.分析控制图：根据控制图上的变化趋势和模式，进行统计分析，以确定生产过程的绩效。
常用的统计分析方法包括均值、标准差、极差等。
5.制定改进措施：根据分析的结果，确定需要改进的方面，并制定相应的措施。
改进措施可以包括修改生产过程参数、调整设备、培训员工等。
6.监控和调整：持续监控生产过程，并根据需要进行调整，以确保控制图保持在预定的限制范围内。
SPC的优势在于它能够提供实时和持续的监控生产过程的能力。
通过采集数据和绘制控制图，生产者可以及时发现生产过程中的变异，并采取措施进行纠正。
这样可以防止不良品的产生，并提高产品或服务的一致性和质量。
此外，SPC还具有以下几点优势：1.提高生产效率：通过控制和减少生产过程中的变异性，SPC可以提高生产效率。
它能够帮助生产者发现并消除生产过程中的浪费和不必要的变动，从而提高生产效率和资源利用率。
统计过程控制(SPC)
计量型数据控制图
计量型控制图可以通过分布宽度（零件间 的变异性）和其位置（过程的平均值）来 解释数据。由于这个原因，计量型数据用 控制图应该始终成对准备及分析：
——一张图用于位置； ——另一张图用于分布宽度。 最常用的是X和R图。
1．使用控制图的准备
46
44
123
40.4 39.8 41
534
10 11 12
39 41 40.6
555
X3
X4
X5
39
40
45
35
39
35
40
41
42
41
41
39
4 5 678
40.4 41.2 41.2 41.2 39.6
3 4 268
13 14 15 16 17
38.8 37.4 41.2 45.6 40.6
5 4 957
统计过程控制（SPC）
预防与检测
过程控制的需要： 检测——容忍浪费 预防——避免浪费
过程控制系统
一个过程控制系统可以称为一个反馈系统。统计过程控制是一类反馈系统，但也 存在不是统计性的反馈系统。下面讨论这个系统的四个重要的基本原理。
过程 所谓过程指的是共同工作以产生输出的供方、生产者、人、设备、输入材料、
C．过程控制解释
有一点位于控制限之下（对于样本容量大于等于7的情况），说明存在下列 情况的一种或几种：
•控制限或描点错误； •分布的宽度变小（变好）； •测量系统已改变（包括数据编辑或变换）。 b.链 有下列现象之一表明过程已改变或出现这种趋势： •连续7点位于平均值的一侧； •连续7点上升（后点等于或大于前点）或下降。 高于平均极差的链或上升链说明存在下列情况之一或全部： •输出值的分布宽度增加，其原因可能是无规律的（例如设备工作不正常或
统计过程控制(SPC)
9.94 9.81 9.85 10.11 10.24 10.17 9.83 10.33 10.39 9.64
10.42 10.13 9.61 10.03 10.60 10.00 9.55 10.15 10.16 9.88
10.30 10.21 10.03 10.15 9.58 10.09 9.87 9.91 9.73 10.02
Mo=1
2 12.67
3.56
练习
数列：12，11，12，13，18，30，24，9 请计算下列统计量：
R
X
Md
Mo
2
数据的收集与整理
群体
行 动
结论
抽样 分析
样本 测 试
数据
每件产品的尺寸与别的都不同
范围
范围
范围
范围
但它们形成一个模型，若稳定，可以描述为一个分布
量具精确度是指测量观察平均值与真实值（基准值） 的差异。 真实值由更精确的测量设备所确定
测量系统变差
量具重复性
量具重复性是由一个操作者采用一种测量 仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的 测量值变差。
测量系统变差
量具再现性
量具再现性是由不同的操作者，采用相同 的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量 平均值的变差。
Statistical Process Control
（统计过程控制）
统计过程控制（SPC）
1、SPC的发展史 2、基本统计概念 3、过程变差 4、控制图 5、过程控制和过程能力
SPC的发展
20世纪20年代，美国休哈特提出； 二战后期，美国将休哈特方法在军工部门推行； 1950~1980，逐渐从美国工业中消失 ；休哈
统计过程控制(SPC)
高的有效能力。
利用控制界限判断 是否为特殊性变异
10
控制图种类(以数据类型分)
计量值控制图
均值－极差控制图 均值－标准差控制图 中位数－极差控制图
单值－移动极差控制 图
计数值控制图
不良率控制图 不良数控制图 缺陷数控制图 单位缺陷数控制图
k
k
1
• e
(
x )2 2 2
2 •
e 2.718
μ+k σ
17
控制图原理
μ± kσ μ± 0.67σ
μ± 1σ μ± 1.96σ
μ± 2σ μ± 2.58σ
μ± 3σ
在内的概率 50.00% 68.26% 95.00% 95.45% 99.00% 99.73%
在外的概率 50.00% 31.74% 5.00% 4.55% 1.00% 0.27%
1931年Shewhart發表了 “Economic Control of Quality of Manufacture Product”
1941~1942
Z1-1-1941 质量控制的主导工具
制定成美国标准 Z1-2-1941 控制图用于数据分析
Z1-3-1942 控制图用于过程质量控制
3
好的过程才会有好的结果
ACT
DO
STUDY
PLAN
2.控制过程 •监控过程性能 •查找变差的特殊原 因并采取措施
DO
ACT
STUDY
PLAN
DO
ACT
STUDY
3.改进过程 •改变过程从而更好 地理解普通原因变 差 •减少普通原因变差
统计过程控制(SPC)
1．分析过程阶段 通过PFMEA、小组会议、与主管专家、操作人员 的商讨，对控制图的分析，变差特殊原因与 普通原因的识别等技术，达到对过程现有状况的 了解。并回答下列问题： 本过程应做什么？ 会出现什么问题？ 本过程正在做什么？是否在生产废品和需返工产品？ 本过程是否处于统计控制状态？ 本过程是否有能力？是否可靠？
4．两种过程能力研究：长期研究和短期研究 短期过程能力研究是从一个操作循环中获取的测量 为基础，在判定该过程没有发现特殊原因，可以计 算短期能力指数。其用途： ①验证首批产品； ②机器能力研究； ③验证一个新的或经修改的过程的实际性能是否符 合工程参数。 长期过程能力研究是通过长时间进行测量所收 集的数据为基础，其用途是用来描述过程在很长时 间内的变差原因出现后能否满足顾客要求的能力。
八、控制图的益处
1.便于操作者在现场使用； 2.有助于过程在质量上和成本上持续地、可预测地 保持； 3.当过程处于统计控制状态，可以通过减少普通原 因和调整过程中心线，提高质量和降低成本； 4.提供有关过程特性能信息交流的共同语言。 5.通过区分变差的普通原因和特殊原因，为确定采 取局部措施还是系统措施提供依据。减少问题的混 淆、时间和资源的浪费。
二、收集数据
1．选择子组容量、频率、子组数
①在X—R控制图中，子组的容量是恒定的。
②每隔一定的周期（如15min或每班两次）抽取子组。 ③足够的子组数可以确保发现变差的主要原因。一般情 况下,至少应满足:25个子组,100个数据。
统计过程控制SPCppt
正态分布的参数
正态分布由2个参数决定：
即总体均值：μ(常用样本均值Xbar来估计)
x
1 n
n i 1
xi
总体标准差：σ(常用样本标准差S来估计)，标准差 是对波动的度量
S
1 n 1
n i 1
( xi
x)2
QIHANG Consulting
正态分布的重要特性
正态分布的图形特点是中间高、两 头低、左右对称并延伸至无限。
过程变差的一部分。
过程能力
是指按标准偏差为单位来描述的过程均值和规格界限
(Process Capability) 的距离，用Z来表示。
QIHANG Consulting
正态分布
假如对一个要求长度为20.30的零件进行测 量，共测量75次，得到的数据范围如下，对次 数比例的统计直方图如下页所示：
数据 范围
测得 次数
次数 比例
20.105- 20.155- 20.205- 20.255- 20.305- 20.355- 20.40020.155 20.205 20.255 20.305 20.355 20.400 20.455
2
8
23
20
13
5
4
2.7% 10.7% 30.7% 26.7% 17.3% 6.7% 5.3%
SPC的产生
➢ 工业革命以后， 随着生产力的进一步发展，大 规模生产的形成，如何控制大批量产品质量成为一 个突出问题，单纯依靠事后检验的质量控制方法已 不能适应当时经济发展的要求，必须改进质量管理 方式。于是，英、美等国开始着手研究用统计方法 代替事后检验的质量控制方法。
➢ 1924年，美国的休哈特博士提出将3Sigma原理 运用于生产过程当中，并发表了著名的“控制图 法”，对过程变量进行控制，为统计质量管理奠定 了理论和方法基础。
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只 有 防 而 不 实，没 有防不 胜防。 21.1.121.1.115:57:1015:57:10January 1, 2021
急 用 户 所 急 ，想用 户所想 ，在提 高产品 质量上 下功夫 。2021年 1月1日 下午 3时57分 21.1.121.1.1
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顾 客 至 上 ， 改革求 实，以 人为本 ，团结 进取。 2021年 1月下午 3时57分 21.1.115:57January 1, 2021
发 挥 ISO9000科 学 效 应 ， 促进企 业走上 新台阶 。2021年 1月1日 星期 五3时57分 10秒 15:57:101 January 2021
第四章 统计过程控制（SPC）
第一节 统计过程控制概述 过程—过程控制—统计过程控制 一、过程控制的基本概念 概念与内容 二、统计过程控制 1、概念：重点理解：应用统计技术
可接受的、稳定的 2、SPC解决的两个问题 3、SPC的特点（了解） 4、SPD（没要求）
第二节 控制图原理
一、控制图的结构 控制图的定义
价
三、过程改进策略
图(4.4-4)
四、过程性能参数 长期的过程能力指数 与短期过程能力指数的区别 大小比较
第五节 常规控制图的作法与应用
一、各种常规控制图的使用场合
（1）平均值-极差控制图
控制对象为计量值，（1）-（4）
平均值：均值变化
极差：分散及变异
（2）平均值-标准差控制图
n>10
UCL
CL
样本统计量数值
LCL
1
2
3
UCL、LCL、CL 点序列
4
5
6 时间（h）
UCL 3
CL
LCL 3
第二节 控制图原理
一、控制图的结构 第一张控制图 控制图的形成
二、控制图原理
1、质量波动理论 质量具有波动性 5M1E 偶因：固有-影响小-难消除-偶然波动 异因：非固有-影响大-易消除-异常波动 点子频频出界就有异常波动 查出异因，采取措施，加以消除 控制图的控制界限是区分偶然波动和异常波
规 程 领 先 操 作，安 全领跑 生产。 下午3时 57分10秒 下午 3时57分 15:57:1021.1.1
先定 ，再定
三、判异准则
使用场合 准则
例
四、局部问题对策与系统改进
第四节 过程能力与过程能力指数
一、过程能力 过程能力：质量方面、内在的、与公差
无关 生产能力：数量方面 6σ表示
二、过程能力指数
定义 计算 （一）双侧公差情况 无偏：式(4.4-1) 有偏：式(4.4-6) （二）单侧公差情况 式(4.4-2) 式(4.4-3) （三）CP与CPK的比较 （四）过程能力指数的评
因素—对策—实施—检查
过程适应性分析方法: 1、直接测定法 2、差错分析法 3、实际产品测定法 4、过程能力分析法
三、过程控制
控制计划的制定和实施 全面控制计划和管理点控制计划 1、编制过程全面控制计划 对象：全部过程 过程控制表和控制文件 是编制管理点控制计划的依据 2、编制管理点控制计划 目的：为了保证处于稳定状态，重点控制质量特性、关键部位及主导因素 内容
动的界限 控制图的实质是区分偶然因素与异常因素
2、小概率原理
三、统计控制状态
稳态 定义 好处
四、两类错误 1、第一类错判：虚发警报 2、第二类错判：漏发警报 3、控制界限的最优间隔
五、常规控制图的分类 八种
第三节 分析用控制图与控制用控制图
一、分析用控制图与控制用控制图的含义
两者的正确使用 分析用控制图作用 4种状态 控制用控制图的作用 二、常规控制图的设计思想
二、应用控制图需考虑的问题
• 下列数据可以绘制控制图的是（ ）。 A.连续加工过程的巡检数据 B.连续加工过程的批检验数据 C. 从多个供应商处采购的批检验记录 D.从某个检验批中抽取100件产品的检验记
录 E. 某个供应商的各类零部件的特性数据
ABD
三、八种常规控制图的应用
控制界限 重点掌握三种：平均值-极差、平均值-
标准差、p控制图 合理子组原则 平均值-极差控制图的特点
例
第六节 过程控制的实施
步骤：识别、分析、控制 一 、过程的识别 1、基本过程的识别：ISO9001 2、关键过程的识别 3、特殊过程的识别
二、过程分析
1、目的 确定主导性因素—建立过程实施规范—按规
范实施控制 2、方法 技术分析方法 统计分析方法 3、步骤 图 准备—现状—适宜性分析—因素分析—关键
3、管理点可以是控制质量特性的 “点”，也可以是控制因素的“点”
5W1H程序：管什么（What)、怎么管（How)、依据什
么（Why)、在什么地方管（Where)、什么时间(When)、由谁 来管（Who)
品 质 改 善 我 们需要 全员参 与。21.1.121.1.1Friday, January 01, 2021
设置管理点原则： 1、设计所规定的关键质量特性及部位 2、特别要求的质量特性和项目 3、质量不稳定、事故多发部位 4、用户反馈多或经质量审核发现问题
较多的项目
管理点要求：
1、控制的部位或项目应尽可能定量化、 图表化，便于实施目标管理
2、管理点应有控制标准，为发现异常 提供控制依据，并说明纠正措施
（3）中位数-极差控制图
（4）单值-移动极差控制图
自动化检查
取样费高、时间长
例
产品均匀
（5）p控制图 控制对象：不合格品率、合格品率、缺
勤率、延迟率 n可以相同，也可以不相同 （6）np控制图 控制对象：不合格品数 n必须相同 （7）c控制图 控制对象：一定，不合格数 （8）u控制图 n变化