统计过程控制SPC概论

  SPC即统计过程控制(StatisticalProcessControl)。SPC是美国美国贝尔实验室休哈特(Shewhart)博士首先应用正态分布特性于生产过程中的管理,目前已成为生产过程中控制稳定产出的主要工具之一,在生产型企业中应用的非常广泛。

  SPC主要是指应用统计分析技术对生产过程进行实时监控,科学的区分出生产过程中产品质量的随机波动与异常波动,从而对生产过程的异常趋势提出预警,以便生产管理人员及时采取措施,消除异常,恢复过程的稳定,从而达到提高和控制质量的目的。

  在生产过程中,产品的质量特征值的波动是不可避免的。它是由4M1E,即人、机器、材料、方法和环境等基本因素的波动综合影响所致。波动分为两种:正常波动和异常波动,或称为偶然误差和系统误差。正常波动是偶然性原因(不可避免因素)造成的。它对产品质量影响较小,在技术上难以消除,在经济上也不值得消除。异常波动是由系统原因(异常因素)造成的,它对产品质量影响很大,但能够采取措施避免和消除。过程控制的目的就是消除、避免异常波动,使过程处于正常波动状态。

  一、SPC技术原理

  统计过程控制(SPC)是一种借助数理统计方法的过程控制工具。它对生产过程进行分析评价,根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆,并采取措施消除其影响,使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态,以达到控制质量的目的。当过程仅受随机因素影响时,过程处于统计控制状态(简称受控状态);当过程中存在系统因素的影响时,过程处于统计失控状态(简称失控状态)。

  由于过程波动具有统计规律性,随机误差具有一定的分布规律,当过程受控时没有系统误差,根据中心极限定理,这些随机误差的总和,即总体质量特性服从正态分布N(μ,σ2)。正态分布的特征直观看就是大多数值集中在以μ为中心位置,越往边缘个体数越少。在正态分布正负3σ范围内,即样品特征值出现在(μ-3σ,μ+3σ)中的概率为99.73%,即超出正负3σ范围发生概率仅为0.27%。

  而失控时,过程分布将发生改变,数据的中心位置或离散程度发生很大变化。当数据出现正负3σ范围以外,根据小概率事件实际不可能发生原理,即认为已出现失控。如果加工处于受控状态,则认为样品特征值一定落正负3σ范围内,即存在3σ原理。SPC正是利用过程波动的统计规律性对过程进行分析控制的。在世界上大多数国家均以正负3σ范围为控制界限。因而,它强调过程在受控和有能力的状态下运行,从而使产品和服务稳定地满足顾客的要求。

  二、控制图类型

  控制图是画有控制界限,对生产过程中产品质量进行控制的一种图。用它来判断产品质量波动的原因(系统原因或偶然原因),进而判断生产过程是否处于稳定状态。按不同用途,控制图可分为用于预防不合格品产生的管理用控制图和主要用于分析用的控制图两类。

  根据不同的质量特性值,控制图可分为计量型控制图和计数型控制图。

  三、SPC应用步骤

  实施SPC分为两个阶段,一是分析阶段,二是监控阶段。在这两个阶段所使用的控制图分别被称为分析用控制图和控制用控制图。分析阶段的主要目的在于:一是使过程处于统计稳态;二是使过程能力足够。

  分析阶段首先要进行的工作是生产准备,即把生产过程所需的原料、劳动力、设备、测量系统等按照标准要求进行准备。生产准备完成后就可以进行,注意一定要确保生产是在影响生产的各要素无异常的情况下进行;然后就可以用生产过程收集的数据计算控制界限,作成分析用控制图、直方图、或进行过程能力分析,检验生产过程是否处于统计稳态、以及过程能力是否足够。如果任何一个不能满足,则必须寻找原因,进行改进,并重新准备生产及分析。直到达到了分析阶段的两个目的,则分析阶段可以宣告结束,进入SPC监控阶段。

  监控阶段的主要工作是使用控制用控制图进行监控。此时控制图的控制界限已经根据分析阶段的结果而确定,生产过程的数据及时绘制到控制上,并密切观察控制图,控制图中点的波动情况可以显示出过程受控或失控,如果发现失控,必须寻找原因并尽快消除其影响。监控可以充分体现出SPC预防控制的作用。

  在工厂的实际应用中,对于每个控制项目,都必须经过以上两个阶段,并且在必要时会重复进行这样从分析到监控的过程。

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