过程能力与过程能力指数.docx

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过程能力与过程能力指数

过程能力

过程能力

在管理状态的制程上，该过程具有达成品质的能力，称为过程能力。

正确地维持作业的条件或标准且在计数上、经济上良好且安定的制程上，量测产品的品质特性，通常以或有时仅以6来表示。

简介

过程能力的概念

为什么要进行过程能力分析？

过程能力的意义

1.SPC的基准

2.过程能力的决定因素

过程能力指数

1.过程能力指数度量

2.各种分布情况下的过程能力指数Cp值

过程能力判断

过程能力测定方法

1.直接测定法

2.测定产品法

3.差错分析法

简介

过程能力的概念

为什么要进行过程能力分析？

过程能力的意义

1.SPC的基准

2.过程能力的决定因素

过程能力指数

1.过程能力指数度量

2.各种分布情况下的过程能力指数Cp值

过程能力判断

过程能力测定方法

1.直接测定法

2.测定产品法

3.差错分析法

简介

过程能力指标（processcapabilityindices（与））：

过程能力指标是一些简洁之数值，用来表示过程符合产品规格之能力。

指标之值可视为过程之潜在能力，亦即当过程平均值可调到规格中心或目标值时，过程符合规格之能力。

指标之值与指标类似，但将过程平均值纳入考虑。

过程能力分析（processcapabilityanalysis）：

在产品生产周期内统计技术可用来协助制造前之开发活动、过程变异性之数量化、过程变异性相对於产品规格之分析及协助降低过程内变异性。

这些工作一般称为过程能力分析（processcapabilityanalysis）。

过程能力的概念

过程能力：

所谓的过程能力，就是过程处于统计控制状态下，加工产品质量正常波动的经济幅度，通常同质量特性值分布的6倍标准偏差来表示，记为6σ.

生产能力：

指加工数量方面的能力。

过程能力决定于质量因素而与公差无关。

为什么要进行过程能力分析？

之所以要进行过程能力分析，有两个主要原因:

·我们需要知道过程度量所能够提供的基线在数量上的受控性；

·由于我们的度量计划还相当“不成熟”，因此需要对过程度量基线进行评估，来决定是否对其进行改动以反映过程能力的改进情况。

根据过程能力的数量指标，我们可以相应地放宽或缩小基线的控制条件。

工序过程能力指该工序过程在5M1E正常的状态下，能稳定地生产合格品的实际加工能力。

过程能力取决于机器设备、材料、工艺、工艺装备的精度、工人的工作质量以及其他技术条件。

过程能力指数用Cp、Cpk表示。

案例一：

某公司某工序的关键指标?

——拉力参数的控制图如下，我们进行如下过程能力的分析：

Cpk=Min[（USL-Mu）/3s,（Mu-LSL）/3s][1]

过程能力的意义

SPC的基准

SPC的基准：

就是统计控制状态或称稳态，过程能力即稳态下所能达到的最小变差。

过程能力反映了稳态下该过程本身所表现的最佳性能（分布宽度最小）。

因此，在稳态下，过程的性能是可预测的，过程能力也是可评价的。

离开稳态这个基准，对过程就无法预测，也无法评价。

过程能力的决定因素

过程能力决定于由偶因造成的总变差。

当过程处于稳态时，产品的计量质量特性值有99.73%落在u±3的范围内，其中u和为质量特性值的总体参数，也即有99.73%的产品落在上述6范围内，这几乎包括了全部产品。

故通常用6倍标准差（6）表示过程能力，它的数值越小越好。

注意：

根据上述，在评估过程能力之前，首先必须将过程调整到稳态，并且当所使用的控制图已经判稳，反映过程处于稳态，然后才能开始对过程能力进行评估。

过程能力指数

过程能力指数度量

（1）过程能力指数度量

过程能力指数（ProcessCapabilityIndex）：

简称PCI或，以往也称为工序能力指数。

过程能力一般是通过过程能力指数度量如下：

（双侧规范）

式中：

公差，为公差上限，为公差下限，

为质量特性值总体的标准差，为其估计值，

国标GB/T4091-2001规定可由（参见或（参见控制图）估计。

（2）参数的意义

在上述过程能力指数中，反映对产品的技术要求（也可以理解为客户的要求），而则反映过程加工的质量（也即本企业的控制范围），故在过程能力指数Cp中将6与比较，反映了过程加工质量满足产品技术要求的程度，也即企业产品的控制范围满足客户要求的程度。

各种分布情况下的过程能力指数Cp值

根据与6的相对大小可以得到图7.4-1的三种典型情况。

（1）Cp值越大，表明加工质量越高，但这时对设备和操作人员的要求也高，加工成本也越大，所以对于Cp值的选择应根据技术与经济的综合分析来决定。

当T=6，Cp=1，从表面上看，似乎这是既满足技术要求又很经济的情况。

但由于过程总是波动的，分布中心一有偏移，不合格品率就要增加，因此，通常取Cp大于1。

（2）从可知，当Cp=1.33，T=8，这样整个质量指标值的分布基本上在上下规范限之内，且留有相当余地。

需要说明的是，随着时代的进步，对于高质量、高可靠性的“6控制原则”情况，甚至要求Cp达到2.0以上，所以对Cp的要求应视具体情况而定。

过程能力判断

过程能力指数的值越大，表明产品的离散程度相对于技术标准的公差范围越小，因而过程能力就越高；过程能力指数的值越小，表明产品的离散程度相对公差范围越大，因而过程能力就越低。

因此，可以从过程能力指数的数值大小来判断能力的高低。

从经济和质量两方面的要求来看，过程能力指数值并非越大越好，而应在一个适当的范围内取值。

过程能力判断指标和措施

过程能力测定方法

直接测定法

对工序使用的设备或装置的某些特性直接进行测定，以得到有关参数。

例如定期检查机床的精度，使其能保持良好的加工性能。

测定产品法

通过测量工序生产出的产品，并根据其变化情况来计算和分析过程能力。

对产品质量特性值的测量，不仅得到了产品本身的质量情况，同时产品质量特性值的变化也反映了工序质量的变化，并且通过产品质量来推测工序质量，在实际生产过程中往往是可行的。

计算过程能力指数的原始数据就是通过测定产品得到的。

差错分析法

通过分析操作及管理上的差错来判断过程能力是否充足。

对操作工的能力等“软件”的测定，往往难于用仪器仪表来测定，但可通过对所有差错的类型、数量的分析来推测过程能力是否充足

案例分析

CPK工序过程能力分析应用案例

过程变异是单个测量或产品生产流程中不可避免的差异。

进行过程能力分析，实质上就是通过系统地分析和研究来评定过程能力与指定需求的一致性。

下面我们主要将举例几个过程能力分析CPK的应用，来让大家对过程能力分析有进一步的了解。

为什么要进行能力分析？

之所以要进行过程能力分析，有两个主要原因:

•我们需要知道过程度量所能够提供的基线在数量上的受控性；

•由于我们的度量计划还相当“不成熟”，因此需要对过程度量基线进行评估，来决定是否对其进行改动以反映过程能力的改进情况。

根据过程能力的数量指标，我们可以相应地放宽或缩小基线的控制条件。

工序过程能力分析

工序过程能力指该工序过程在5M1E正常的状态下，能稳定地生产合格品的实际加工能力。

过程能力取决于机器设备、材料、工艺、工艺装备的精度、工人的工作质量以及其他技术条件。

过程能力指数用Cp、Cpk表示。

案例一：

某公司某工序的关键指标?

——拉力参数的控制图如下，我们进行如下过程能力的分析：

Cpk=Min[（USL-Mu）/3s,（Mu-LSL）/3s]

从上面的控制图可以看出：

•其中：

Cp值为0.658，Cpk值为0.57653，工序能力不足。

•判断：

20个样本中我们可以看出点的随机波动幅度较大，根据其关键特性程度为重要质量特性，可以判断该工序过程风险较高。

•分析：

根据过程能力与不合格率之间的对应关系，我们可以得出该工序过程的不合格率为4.56%。

•结论：

应该停止生产，查明工序过程中的系统因素，采取纠正措施，进行技术改造和工艺改进，以提高过程能力。

案例二：

某公司某工序的关键指标——外径参数控制图如下，我们进行如下过程能力的分析

从上面的控制图可以看出：

•其中：

CP值为1.55229，CPK值为1.23321，工序能力尚可。

•判断：

我们可以看出，在20个样本中点的随机波动均衡，根据其关键特性程度为关键质量特性，过程风险为中等。

•分析：

根据过程能力与不合格率之间的对应关系，我们可以得出该工序过程的不合格率为0.025%。

•结论：

强化质量检验，增加检验频次及反馈质量信息，分析离散程度和原因，采取纠正和预防措施，提高工序过程能力。

案例三：

某公司某工序的关键指标——外径参数控制图如下，我们进行如下过程能力的分析：

从上面的控制图可以看出：

•其中：

CP值为1.47119，CPK值为1.40907，工序能力充足。

•判断：

我们可以看出，在20个样本中点的随机波动均衡，根据其关键特性程度为重要质量特性，过程能力处于理想状态。

•分析：

根据过程能力与不合格率之间的对应关系我们可以得出该工序过程的不合格率为0.001%。

•结论：

对过程现状实施标准化作业，应用控制图或其它手段对过程继续进行监控。

以上举例说明了CPK过程能力分析是如何应用于工序过程控制的，在这也介绍一款CPK计算工具给大家（免费的），方便大家平时在做CPK计算分析时用：

过程能力指数

过程能力指数是指过程能力满足产品质量标准要求（规格范围等）的程度。

也称工序能力指数，是指工序在一定时间里，处于控制状态（稳定状态）下的实际加工能力。

它是工序固有的能力，或者说它是工序保证质量的能力。

这里所指的工序，是指操作者、机器、原材料、工艺方法和生产环境等五个基本质量因素综合作用的过程，也就是产品质量的生产过程。

用途

计算公式

过程能力指数各种规格算法

指标

1.1.过程能力指数Cp、Cpk

2.2.过程能力指数Pp、Ppk

3.3.指数意义

4.说明：

应用

运算方法

过程能力判断

意义

展开

用途

计算公式

过程能力指数各种规格算法

指标

1.1.过程能力指数Cp、Cpk

2.2.过程能力指数Pp、Ppk

3.3.指数意义

4.说明：

应用

运算方法

过程能力判断

意义

展开

用途

工序能力是表示生产过程客观存在着分散的一个参数。

但是这个参数能否满足产品的技术要求，仅从它本身还难以看出。

因此，还需要另一个参数来反映工序能力满足产品技术要求（公差、规格等质量标准）的程度。

这个参数就叫做工序能力指数，它是技术要求和工序能力的比值。

计算公式

CPK=Min[（USL-Mu）/3σ,（Mu-LSL）/3σ]

过程能力指数各种规格算法

过程能力指数（Processcapabilityindex）表示过程能力满足技术标准（例如规格、公差）的程度，一般记为CP。

1、双侧规格情形的过程能力指数，这时，过程能力指数CP的计算公式如下：

  过程能力指数双侧规格计算公式

式中，T为过程统计量的技术规格的公差幅度；TU、TL分别为上、下公差界限；σ为过程统计量的总体标准差，可以在过程处于稳态时得到。

2、有偏移情形的过程能力指数

当过程统计量的分布均值μ与公差中心M不重合（即有偏移）时，如图1所示，显然不合格率（如图上的PU）增大，也即CP值降低，故式

（1）所计算的过程能力指数不能反映有偏移的实际情形，需要加以修正。

定义分布的总体均值μ与公差中心M的偏移为ε=|M-μ|，μ与M的偏移度K为：

  人偏移情形的过程能力指数计算公式

这样，当μ=M（即分布中心与公差中心重合，无偏移）时，K=0，则CPK=CP；而当μ=TU或μ=TL时，K=1，CPK=0，表示过程能力由于偏移而严重不足，需要采取措施加以纠正。

显然，具有：

CPK≤CP

3、单侧规格情形的过程能力指数

若只有规格上限的要求，而对规格下限无要求，则过程能力指数计算如下：

  单侧规格过程能力指数计算公式

式中，CPU为上单侧过程能力指数。

若μ≥TU，令CPU=0，表示过程能力严重不足，过程的不合格品率高达50%以上。

若只有规格下限的要求。

[1]

指标

1.过程能力指数Cp、Cpk

我们常常提到的过程能力指数Cp、Cpk是指过程的短期能力。

Cp是指过程满足技术要求的能力，常用客户满意的偏差范围除以六倍的西格玛的结果来表示。

T=允许最大值（Tu）-允许最小值（Tl）

Cp=T/（6*σ）

所以σ越小，其Cp值越大，则过程技术能力越好。

Cpk是指过程平均值与产品标准规格发生偏移（ε）的大小，常用客户满意的上限偏差值减去平均值和平均值减去下限偏差值中数值小的一个，再除以三倍的西格玛的结果来表示。

Cpk=MIN（Tu-μ，μ-Tl）/（3*σ）

或者Cpk=（1-k）*Cp，其中k=ε/（T/2）

通常状况下，质量特性值分布的总体标准差（σ）是未知的，所以应采用样本标准差（s）来代替。

2.过程能力指数Pp、Ppk

与Cp、Cpk不同的是，过程能力指数Pp、Ppk是相对长期的过程能力，要求其样本容量大，

其公式同Cp、Cpk一样，但σ是全部样本的标准偏差，即等于所有样本的标准差S。

3.指数意义

1.67-2过大，可适当放宽检验

1.33-1.67充分，继续保持

1-1.33正常，但接近1危险

小于1不充分，需改进，严重时停产需整顿

说明：

以上所提情况皆为正态情况下，当为非正态时情况则不同。

例如：

某些产品的质量特性值是遵从指数分布的，Cp=T/（5.9*σ）.过程能力指数,制程准确度,制程精密度三者的关系　Cpk=Cp*（1-|Ca|）

Cpk是Ca及Cp两者的中和反应，Ca反应的是位置关系（集中趋势），Cp反应的是散布关系（离散趋势）

过程能力指数,制程准确度,制程精密度三者的关系　　Cpk=Cp*（1-|Ca|）

Cpk是Ca及Cp两者的中和反应，Ca反应的是位置关系（集中趋势），Cp反应的是散布关系（离散趋势）

应用

1当选择制程站别Cpk来作管控时，应以成本做考量的首要因素，还有是其品质特性对后制程的影响度。

2.计算取样数据至少应有20~25组数据，方具有一定代表性。

3.计算Cpk除收集取样数据外，还应知晓该品质特性的规格上下限（USL，LSL），才可顺利计算其值。

4.首先可用Excel的“STDEV”函数自动计算所取样数据的标准差（σ），再计算出规格公差（T），及规格中心值（u）.规格公差=规格上限－规格下限；规格中心值=（规格上限+规格下限）/2；

5.依据公式：

Ca=（X-U）/（T/2），计算出制程准确度：

Ca值（x为所有取样数据的平均值）

6.依据公式：

Cp=T/6σ，计算出制程精密度：

Cp值

7.依据公式：

Cpk=Cp（1-|Ca|），计算出制程能力指数：

Cpk值

8.Cpk的评级标准：

（可据此标准对计算出之制程能力指数做相应对策）

A++级Cpk≥2.0特优可考虑成本的降低

A+级2.0>Cpk≥1.67优应当保持之

A级1.67>Cpk≥1.33良能力良好，状态稳定，但应尽力提升为A+级

B级1.33>Cpk≥1.0一般状态一般，制程因素稍有变异即有产生不良的危险，应利用各种资源及方法将其提升为A级

C级1.0>Cpk≥0.67差制程不良较多，必须提升其能力

D级0.67>Cpk不可接受其能力太差，应考虑重新整改设计制程。

运算方法

过程能力指数运算有5种计算方法：

直方图（两种绘图方法）；

散布图（直线回归和曲线回归）（5种）；

计算剩余标准差；排列图（自动检索和排序）；

波动图（单边控制规范，也可以是双边控制规范）。

过程能力判断

过程能力指数的值越大，表明产品的离散程度相对于技术标准的公差范围越小，因而过程能力就越高；过程能力指数的值越小，表明产品的离散程度相对公差范围越大，因而过程能力就越低。

因此，可以从过程能力指数的数值大小来判断能力的高低。

从经济和质量两方面的要求来看，过程能力指数值并非越大越好，而应在一个适当的范围内取值。

意义

制程能力是过程性能的允许最大变化范围与过程的正常偏差的比值。

制程能力研究在於确认这些特性符合规格的程度，以保证制程成品不符规格的不良率在要求的水准之上，作为制程持续改善的依据。

当我们的产品通过了GageR&R的测试之后，我们即可开始Cpk值的测试。

CPK值越大表示品质越佳。

CPK=min（（X-LSL/3s），（USL-X/3s））

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