質(zhì)量控制技術(shù)
第一節(jié) 質(zhì)量控制概述 一 質(zhì)量控制的基本原理 質(zhì)量管理的一項(xiàng)主要工作是通過收集數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)，找出波動的規(guī)律，把正常波動 控制在最低限度，消除系統(tǒng)性原因造成的異常波動。把實(shí)際測得的質(zhì)量特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行比較，并對出現(xiàn)的差異或異?，F(xiàn)象采取相應(yīng)措施進(jìn)行糾正，從而使工序處于控制狀 態(tài)，這一過程就叫做質(zhì)量控制。質(zhì)量控制大致可以分為7個步驟： 1. 選擇控制對象； 2. 選擇需要監(jiān)測的質(zhì)量特性值； 3. 確定規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)說明質(zhì)量特性； 4. 選定能準(zhǔn)確測量該特性值得監(jiān)測儀表，或自制測試手段； 5. 進(jìn)行實(shí)際測試并做好數(shù)據(jù)記錄； 6. 分析實(shí)際與規(guī)格之間存在差異的原因； 7. 采取相應(yīng)的糾正措施。 當(dāng)采取相應(yīng)的糾正措施后，仍然要對過程進(jìn)行監(jiān)測，將過程保持在新的控制水準(zhǔn)上。一 旦出現(xiàn)新的影響因子，還需要測量數(shù)據(jù)分析原因進(jìn)行糾正，因此這7個步驟形成了一個封 閉式流程，稱為“反饋環(huán)”。這點(diǎn)和6Sigma質(zhì)量突破模式的MAIC有共通之處。 在上述7個步驟中，最關(guān)鍵有兩點(diǎn)： 1. 質(zhì)量控制系統(tǒng)的設(shè)計； 2. 質(zhì)量控制技術(shù)的選用。 二 質(zhì)量控制系統(tǒng)設(shè)計 在進(jìn)行質(zhì)量控制時，需要對需要控制的過程、質(zhì)量檢測點(diǎn)、檢測人員、測量類型和數(shù) 量等幾個方面進(jìn)行決策，這些決策完成后就構(gòu)成了一個完整的質(zhì)量控制系統(tǒng)。 1. 過程分析 一切質(zhì)量管理工作都必須從過程本身開始。在進(jìn)行質(zhì)量控制前，必須分析生產(chǎn)某種產(chǎn) 品或服務(wù)的相關(guān)過程。一個大的過程可能包括許多小的過程，通過采用流程圖分析方法 對這些過程進(jìn)行描述和分解，以確定影響產(chǎn)品或服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 2. 質(zhì)量檢測點(diǎn)確定 在確定需要控制的每一個過程后，就要找到每一個過程中需要測量或測試的關(guān)鍵點(diǎn)。 一個過程的檢測點(diǎn)可能很多，但每一項(xiàng)檢測都會增加產(chǎn)品或服務(wù)的成本，所以要在最容 易出現(xiàn)質(zhì)量問題的地方進(jìn)行檢驗(yàn)。典型的檢測點(diǎn)包括： （1）生產(chǎn)前的外購原材料或服務(wù)檢驗(yàn)。為了保證生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行，首先要通過 檢驗(yàn)保證原材料或服務(wù)的質(zhì)量。當(dāng)然，如果供應(yīng)商具有質(zhì)量認(rèn)證證書，此檢驗(yàn)可以免除 。另外，在JIT（準(zhǔn)時化生產(chǎn)）中，不提倡對外購件進(jìn)行檢驗(yàn)，認(rèn)為這個過程不增加價值 ，是“浪費(fèi)”。 （2）生產(chǎn)過程中產(chǎn)品檢驗(yàn)：典型的生產(chǎn)中檢驗(yàn)是在不可逆的操作過程之前或高附加 值操作之前。因?yàn)檫@些操作一旦進(jìn)行，將嚴(yán)重影響質(zhì)量并造成較大的損失。例如在陶瓷 燒結(jié)前，需要檢驗(yàn)。因?yàn)橐坏┍粺Y(jié)，不合格品只能廢棄或作為殘次品處理。再如產(chǎn)品 在電鍍或油漆前也需要檢驗(yàn)，以避免缺陷被掩蓋。這些操作的檢驗(yàn)可由操作者本人對產(chǎn) 品進(jìn)行檢驗(yàn)。生產(chǎn)中的檢驗(yàn)還能判斷過程是否處于受控狀態(tài)，若檢驗(yàn)結(jié)果表明質(zhì)量波動 較大，就需要及時采取措施糾正。 （3）生產(chǎn)后的產(chǎn)成品檢驗(yàn)。為了在交付顧客前修正產(chǎn)品的缺陷，需要在產(chǎn)品入庫或 發(fā)送前進(jìn)行檢驗(yàn)。 3. 檢驗(yàn)方法 接下來，要確定在每一個質(zhì)量控制點(diǎn)應(yīng)采用什么類型的檢驗(yàn)方法。檢驗(yàn)方法分為：計 數(shù)檢驗(yàn)和計量檢驗(yàn)。計數(shù)檢驗(yàn)是對缺陷數(shù)、不合格率等離散變量進(jìn)行檢驗(yàn)；計量檢驗(yàn)是 對長度、高度、重量、強(qiáng)度等連續(xù)變量的計量。在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制還要考慮使用 何種類型控制圖問題：離散變量用計數(shù)控制圖，連續(xù)變量采用計量控制圖。 4. 檢驗(yàn)樣本大小 確定檢驗(yàn)數(shù)量有兩種方式：全檢和抽樣檢驗(yàn)。確定檢驗(yàn)數(shù)量的指導(dǎo)原則是比較不合格 頻造成的損失和檢驗(yàn)成本相比較。假設(shè)有一批500個單位產(chǎn)品，產(chǎn)品不合格率為2%，每個 不合格品造成的維修費(fèi)、賠償費(fèi)等成本為100元，則如果不對這批產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)的話，總 損失為100*10=1000元。若這批產(chǎn)品的檢驗(yàn)費(fèi)低于1000元，可應(yīng)該對其進(jìn)行全檢。當(dāng)然， 除了成本因素，還要考慮其他因素。如涉及人身安全的產(chǎn)品，就需要進(jìn)行100%檢驗(yàn)。而 對破壞性檢驗(yàn)則采用抽樣檢驗(yàn)。 5. 檢驗(yàn)人員 檢驗(yàn)人員的確定可采用操作工人和專職檢驗(yàn)人員相結(jié)合的原則。在6Sigma管理中，通 常由操作工人完成大部分檢驗(yàn)任務(wù)。 三 質(zhì)量控制技術(shù) 質(zhì)量控制技術(shù)包括兩大類：抽樣檢驗(yàn)和過程質(zhì)量控制。 抽樣檢驗(yàn)通常發(fā)生在生產(chǎn)前對原材料的檢驗(yàn)或生產(chǎn)后對成品的檢驗(yàn)，根據(jù)隨機(jī)樣本的 質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果決定是否接受該批原材料或產(chǎn)品。過程質(zhì)量控制是指對生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品 隨機(jī)樣本進(jìn)行檢驗(yàn)，以判斷該過程是否在預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)生產(chǎn)。抽樣檢驗(yàn)用于采購或驗(yàn)收， 而過程質(zhì)量控制應(yīng)用于各種形式的生產(chǎn)過程。 第二節(jié) 過程質(zhì)量控制技術(shù) 自1924年，休哈特提出控制圖以來，經(jīng)過近80世紀(jì)的發(fā)展，過程質(zhì)量控制技術(shù)已經(jīng)廣 泛地應(yīng)用到質(zhì)量管理中，在實(shí)踐中也不斷地產(chǎn)生了許多種新的方法。如直方圖、相關(guān)圖 、排列圖、控制圖和因果圖等“QC七種工具”以及關(guān)聯(lián)圖、系統(tǒng)圖等“新QC七種工具”。應(yīng) 用這些方法可以從經(jīng)常變化的生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)地收集與產(chǎn)品有關(guān)的各種數(shù)據(jù)，并用統(tǒng) 計方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、加工和分析，進(jìn)而畫出各種圖表，找出質(zhì)量變化的規(guī)律，實(shí)現(xiàn) 對質(zhì)量的控制。石川謦曾經(jīng)說過，企業(yè)內(nèi)95%的質(zhì)量問題可通過企業(yè)全體人員應(yīng)用這些工 具得到解決。無論是ISO9000還是近年來非常風(fēng)行的6Sigma質(zhì)量管理理論都非常強(qiáng)調(diào)這些 基于統(tǒng)計學(xué)的質(zhì)量控制技術(shù)的應(yīng)用。因此，要真正提高產(chǎn)品質(zhì)量，企業(yè)上至領(lǐng)導(dǎo)下至員 工都必須掌握質(zhì)量控制技術(shù)并在實(shí)踐中加以應(yīng)用。 一 直方圖 （一）直方圖用途 直方圖法是把數(shù)據(jù)的離散狀態(tài)分布用豎條在圖表上標(biāo)出，以幫助人們根據(jù)顯示出的圖 樣變化，在縮小的范圍內(nèi)尋找出現(xiàn)問題的區(qū)域，從中得知數(shù)據(jù)平均水平偏差并判斷總體 質(zhì)量分布情況。 （二）直方圖畫法 下面通過例子介紹直方圖如何繪制。 [例5-1] 生產(chǎn)某種滾珠，要求直徑x為15.0±1.0mm，試用直方圖對生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)計分析。 1．收集數(shù)據(jù) 在5M1E（人、機(jī)、法、測量和生產(chǎn)環(huán)境）充分固定并加以標(biāo)準(zhǔn)化的情況下，從該生產(chǎn) 過程收集n個數(shù)據(jù)。N應(yīng)不小于50，最好在100以上。本例測得50個滾珠的直徑如下表。其 中Li為第i行數(shù)據(jù)最大值，Si為第i行數(shù)據(jù)最小值。 表5-1 50個滾珠樣本直徑 |J |1 |2 |3 |4 | |I | | | | | |1 |14.05~14.35 |14.2 |3 |0.06 | |2 |14.35~14.65 |14.5 |5 |0.10 | |3 |14.65~14.95 |14.8 |10 |0.20 | |4 |14.95~15.25 |15.1 |15 |0.32 | |5 |15.25~14.55 |15.4 |9 |0.16 | |6 |15.55~15.85 |15.7 |6 |0.12 | |7 |15.85~16.15 |16.0 |2 |0.04 | |合計 | | |50 |100% | 6．計算各組中心值bi、頻數(shù)fi和頻率pi bi=（第i組下限值+第i組上限值）/2，頻數(shù)fi就是n個數(shù)據(jù)落入第i組的數(shù)據(jù)個數(shù)，而頻 數(shù)pi=fi/n（見表14-3）。 7．繪制直方圖 以頻數(shù)（或頻率）為縱坐標(biāo)，數(shù)據(jù)觀測值為橫坐標(biāo)，以組距為底邊，數(shù)據(jù)觀測值落入各 組的頻數(shù)fi（或頻率pi）為高，畫出一系列矩形，這樣就得到圖形為頻數(shù)（或頻率）直 方圖，簡稱為直方圖，見圖5-1。 （三）直方圖的觀察與分析 從直方圖可以直觀地看出產(chǎn)品質(zhì)量特性的分布形態(tài)，便于判斷過程是否出于控制狀態(tài)， 以決定是否采取相應(yīng)對策措施。直方圖從分布類型上來說，可以分為正常型和異常型。 正常型是指整體形狀左右對稱的圖形，此時過程處于穩(wěn)定（統(tǒng)計控制狀態(tài)）。如圖5- 2a。如果是異常型，就要分析原因，加以處理。常見的異常型主要有六種： 1．雙峰型（圖5- 2b）：直方圖出現(xiàn)兩個峰。主要原因是觀測值來自兩個總體，兩個分布的數(shù)據(jù)混合在一 起造成的，此時數(shù)據(jù)應(yīng)加以分層。 2．鋸齒型（圖5- 2c）：直方圖呈現(xiàn)凹凸不平現(xiàn)象。這是由于作直方圖時數(shù)據(jù)分組太多，測量儀器誤差過 大或觀測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等造成的。此時應(yīng)重新收集和整理數(shù)據(jù)。 3．陡壁型（圖5- 2d）：直方圖像峭壁一樣向一邊傾斜。主要原因是進(jìn)行全數(shù)檢查，使用了剔除了不合格 品的產(chǎn)品數(shù)據(jù)作直方圖。 4．偏態(tài)型：（圖5- 2e）：直方圖的頂峰偏向左側(cè)或右側(cè)。當(dāng)公差下限受到限制（如單側(cè)形位公差）或某種 加工習(xí)慣（如孔加工往往偏?。┤菀自斐善螅划?dāng)公差上限受到限制或軸外圓加工時， 直方圖呈現(xiàn)偏右形態(tài)。 5．平臺型（圖5- 2f）：直方圖頂峰不明顯，呈平頂型。主要原因是多個總體和分布混合在一起，或者生 產(chǎn)過程中某種緩慢的傾向在起作用（如工具磨損、操作者疲勞等）。 6．孤島型（圖5- 2g）：在直方圖旁邊有一個獨(dú)立的“小島”出現(xiàn)。主要原因是生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常情況， 如原材料發(fā)生變化或突然變換不熟練的工人。 [pic][pic][pic][pic] [pic][pic][pic] 二 過程能力指數(shù) 過程能力指數(shù)（Process Capability Index）用于反映過程處于正常狀態(tài)時，即人員、機(jī)器、原材料、工藝方法、測量和環(huán)境 （5M1E）充分標(biāo)準(zhǔn)化并處于穩(wěn)定狀態(tài)時，所表現(xiàn)出的保證產(chǎn)品質(zhì)量的能力。過程能力指 數(shù)也稱為工序能力指數(shù)或工藝能力指數(shù)。 對于任何生產(chǎn)過程，產(chǎn)品質(zhì)量總是分散地存在著。若過程能力越高，則產(chǎn)品質(zhì)量特性值 的分散就會越??；若過程能力越低，則產(chǎn)品質(zhì)量特性值的分散就會越大。那么，可用6σ （即μ±3σ）來描述生產(chǎn)過程所造成的總分散。即過程能力＝6σ。 　　過程能力是表示生產(chǎn)過程客觀存在著分散的一個參數(shù)。但是這個參數(shù)能否滿足產(chǎn)品 的技術(shù)規(guī)格要求，僅從它本身還難以看出。因此，還需要另一個參數(shù)來反映工序能力滿 足產(chǎn)品技術(shù)要求(公差、規(guī)格等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))的程度。這個參數(shù)就叫做工序能力指數(shù)。它是 技術(shù)規(guī)格要求和工序能力的比值，即 過程能力指數(shù)=技術(shù)規(guī)格要求／過程能力 （5.3） 當(dāng)分布中心與公差中心重合時，過程能力指數(shù)記為Cp。當(dāng)分布中心與公差中心有偏離 時，過程能力指數(shù)記為Cpk。過程的質(zhì)量水平按Cp值可劃分為五個等級：Cp>1.67，特級 ，能力過高；1.67≥Cp>1.33，一級，能力充分；1.33≥Cp>1.0，二級，能力尚可；1.0≥C p>0.67， 三級，能力不足；0.67>Cp，四級，能力嚴(yán)重不足。 1. 過程能力計算方法 過程能力指數(shù)的計算可分為四種情形： （1）過程無偏情形 設(shè)樣本的質(zhì)量特性值X~ N（μ，σ2）。又設(shè)X的規(guī)格要求為（Tl，Tu），則規(guī)格中心值Tm=（Tu+Tl）/2，T=Tu-Tl 為公差。當(dāng)u=Tm時，過程無偏，此時過程能力指數(shù)按下式計算： [pic] （5.4） （2）過程有偏情形 當(dāng)μ≠Tm時，則稱此過程有偏。此時，計算修正后的過程能力指數(shù)： [pic] （5.5） [pic] （5.6） k稱為偏移系數(shù)。 （3）只有單側(cè)上規(guī)則限Tu時，XTl產(chǎn)品合格情形 [pic] （5.8） 2. 過程能力指數(shù)與過程不合格品率p之間的關(guān)系 1. Cp與p的關(guān)系 [pic] （5.9） 2. Cpk與p的關(guān)系 [pic] （5.10） 3. Cp(u)與p的關(guān)系 [pic] （5.11） 4. Cp(l)與p的關(guān)系 [pic] （5.12） 以上四式中，Φ值可根據(jù)正態(tài)分布函數(shù)表查出。例如，Φ（4.17）=0.999985。 [例5-2] 已知某零件加工標(biāo)準(zhǔn)為148±2（mm），對100個樣本計算出均值為148mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.48（ mm），求過程能力指數(shù)和過程不合格品率。 由于樣本均值[pic]=148（mm），過程無偏。根據(jù)式5.4，過程能力指數(shù)為： [pic]=1.39 過程不合格品率為： [pic]=3×10-5 三 控制圖 控制圖是對生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量狀況進(jìn)行實(shí)時控制的統(tǒng)計工具，是質(zhì)量控制中最重要 的方法。人們對控制圖的評價是：“質(zhì)量管理始于控制圖，亦終于控制圖”。控制圖主要 用于分析判斷生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的異?，F(xiàn)象，查明生產(chǎn)設(shè)備和工 藝裝備的實(shí)際精度，為評定產(chǎn)品質(zhì)量提供依據(jù)。我國也制定了有關(guān)控制圖的國家標(biāo)準(zhǔn)—— GB4091.1。 控制圖的基本樣式如圖5- 3所示。橫坐標(biāo)為樣本序號，縱坐標(biāo)為產(chǎn)品質(zhì)量特性，圖上三條平行線分別為：實(shí)線CL— —中心線，虛線UCL——上控制界限線，虛線LCL——下控制界限線。在生產(chǎn)過程中，定時抽取 樣本，把測得的數(shù)據(jù)點(diǎn)一一描在控制圖中。如果數(shù)據(jù)點(diǎn)落在兩條控制界限之間，且排列 無缺陷，則表明生產(chǎn)過程正常，過程出于控制狀態(tài)，否則表明生產(chǎn)條件發(fā)生異常，需要 對過程采取措施，加強(qiáng)管理，使生產(chǎn)過程恢復(fù)正常。 （一）控制圖的設(shè)計原理 1．正態(tài)性假設(shè)：控制圖假定質(zhì)量特性值在生產(chǎn)過程中的波動服從正態(tài)分布。 2．3σ準(zhǔn)則：若質(zhì)量特性值X服從正態(tài)分布N（μ，σ2），根據(jù)正態(tài)分布概率性質(zhì)，有 [pic][pic] （5.13） 也即（μ- 3σ，μ+3σ）是X的實(shí)際取值范圍。據(jù)此原理，若對X設(shè)計控制圖，則中心線CL=μ，上下控 制界限分別為UCL=μ-3σ，LCL=μ+3σ。 3．小概率原理：小概率原理是指小概率的事件一般不會發(fā)生。由3σ準(zhǔn)則可知，數(shù)據(jù) 點(diǎn)落在控制界限以外的概率只有0.27%。因此，生產(chǎn)過程正常情況下，質(zhì)量特性值是不會 超過控制界限的...
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