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1、质量控制技术解析第一节 质量控制概述一 质量控制的的基本原理质量管理的一项项主要工作是是通过收集数数据、整理数数据，找出波波动的规律，把把正常波动控控制在最低限限度，消除系系统性原因造造成的异常波波动。把实际际测得的质量量特性与相关关标准进行比比较，并对出出现的差异或或异常现象采采取相应措施施进行纠正，从从而使工序处处于控制状态态，这一过程程就叫做质量量控制。质量量控制大致可可以分为7个个步骤：（1） 选择控制对象；（2） 选择需要监测的的质量特性值值；（3） 确定规格标准，详详细说明质量量特性；（4） 选定能准确测量量该特性值得得监测仪表，或或自制测试手手段；（5） 进行实际测试并并做好数据
2、记记录；（6） 分析实际与规格格之间存在差差异的原因；（7） 采取相应的纠正正措施。当采取相应的纠纠正措施后，仍仍然要对过程程进行监测，将将过程保持在在新的控制水水准上。一旦旦出现新的影影响因子，还还需要测量数数据分析原因因进行纠正，因因此这7个步步骤形成了一一个封闭式流流程，称为“反馈环”。这点和66Sigmaa质量突破模模式的MAIIC有共通之之处。在上述7个步步骤中，最关关键有两点：（1） 质量控制系统的的设计； （2） 质量控制技术的的选用。二 质量控制系系统设计在进行质量控制制时，需要对对需要控制的的过程、质量量检测点、检检测人员、测测量类型和数数量等几个方方面进行决策策，这些决策策
3、完成后就构构成了一个完完整的质量控控制系统。1 过程分析一切质量管理工工作都必须从从过程本身开开始。在进行行质量控制前前，必须分析析生产某种产产品或服务的的相关过程。一一个大的过程程可能包括许许多小的过程程，通过采用用流程图分析析方法对这些些过程进行描描述和分解，以以确定影响产产品或服务质质量的关键环环节。2 质量检测点确定定在确定需要控制制的每一个过过程后，就要要找到每一个个过程中需要要测量或测试试的关键点。一一个过程的检检测点可能很很多，但每一一项检测都会会增加产品或或服务的成本本，所以要在在最容易出现现质量问题的的地方进行检检验。典型的的检测点包括括：（1）生产前的的外购原材料料或服务检
4、验验。为了保证证生产过程的的顺利进行，首首先要通过检检验保证原材材料或服务的的质量。当然然，如果供应应商具有质量量认证证书，此此检验可以免免除。另外，在在JIT（准准时化生产）中中，不提倡对对外购件进行行检验，认为为这个过程不不增加价值，是是“浪费”。（2）生产过程程中产品检验验：典型的生生产中检验是是在不可逆的的操作过程之之前或高附加加值操作之前前。因为这些些操作一旦进进行，将严重重影响质量并并造成较大的的损失。例如如在陶瓷烧结结前，需要检检验。因为一一旦被烧结，不不合格品只能能废弃或作为为残次品处理理。再如产品品在电镀或油油漆前也需要要检验，以避避免缺陷被掩掩盖。这些操操作的检验可可由操作
5、者本本人对产品进进行检验。生生产中的检验验还能判断过过程是否处于于受控状态，若若检验结果表表明质量波动动较大，就需需要及时采取取措施纠正。（3）生产后的的产成品检验验。为了在交交付顾客前修修正产品的缺缺陷，需要在在产品入库或或发送前进行行检验。3 检验方法接下来，要确定定在每一个质质量控制点应应采用什么类类型的检验方方法。检验方方法分为：计计数检验和计计量检验。计计数检验是对对缺陷数、不不合格率等离离散变量进行行检验；计量量检验是对长长度、高度、重重量、强度等等连续变量的的计量。在生生产过程中的的质量控制还还要考虑使用用何种类型控控制图问题：离散变量用用计数控制图图，连续变量量采用计量控控制图
6、。4 检验样本大小确定检验数量有有两种方式：全检和抽样样检验。确定定检验数量的的指导原则是是比较不合格格频造成的损损失和检验成成本相比较。假假设有一批5500个单位位产品，产品品不合格率为为2%，每个个不合格品造造成的维修费费、赔偿费等等成本为1000元，则如如果不对这批批产品进行检检验的话，总总损失为1000*10=1000元元。若这批产产品的检验费费低于10000元，可应应该对其进行行全检。当然然，除了成本本因素，还要要考虑其他因因素。如涉及及人身安全的的产品，就需需要进行1000%检验。而而对破坏性检检验则采用抽抽样检验。5 检验人员检验人员的确定定可采用操作作工人和专职职检验人员相相结
7、合的原则则。在6Siigma管理理中，通常由由操作工人完完成大部分检检验任务。三 质量控制技技术质量控制技术包包括两大类：抽样检验和和过程质量控控制。抽样检验通常发发生在生产前前对原材料的的检验或生产产后对成品的的检验，根据据随机样本的的质量检验结结果决定是否否接受该批原原材料或产品品。过程质量量控制是指对对生产过程中中的产品随机机样本进行检检验，以判断断该过程是否否在预定标准准内生产。抽抽样检验用于于采购或验收收，而过程质质量控制应用用于各种形式式的生产过程程。第二节 过程质质量控制技术术自1924年，休休哈特提出控控制图以来，经经过近80世世纪的发展，过过程质量控制制技术已经广广泛地应用到
8、到质量管理中中，在实践中中也不断地产产生了许多种种新的方法。如如直方图、相相关图、排列列图、控制图图和因果图等等“QC七种工工具”以及关联图图、系统图等等“新QC七种种工具”。应用这些些方法可以从从经常变化的的生产过程中中，系统地收收集与产品有有关的各种数数据，并用统统计方法对数数据进行整理理、加工和分分析，进而画画出各种图表表，找出质量量变化的规律律，实现对质质量的控制。石石川謦曾经说说过，企业内内95%的质质量问题可通通过企业全体体人员应用这这些工具得到到解决。无论论是ISO99000还是是近年来非常常风行的6SSigma质质量管理理论论都非常强调调这些基于统统计学的质量量控制技术的的应用
9、。因此此，要真正提提高产品质量量，企业上至至领导下至员员工都必须掌掌握质量控制制技术并在实实践中加以应应用。一 直方图（一）直方图用用途直方图法是把数数据的离散状状态分布用竖竖条在图表上上标出，以帮帮助人们根据据显示出的图图样变化，在在缩小的范围围内寻找出现现问题的区域域，从中得知知数据平均水平平偏差并判断断总体质量分分布情况。（二）直方图画画法下面通过例子介介绍直方图如如何绘制。例5-1 生产某种滚滚珠，要求直直径x为155.01.0mmm，试用直方方图对生产过过程进行统计计分析。1收集数据在5M1E（人人、机、法、测测量和生产环环境）充分固固定并加以标标准化的情况况下，从该生生产过程收集集
10、n个数据。NN应不小于550，最好在在100以上上。本例测得得50个滚珠珠的直径如下下表。其中LLi为第i行行数据最大值值，Si为第第i行数据最小小值。表5-1 500个滚珠样本本直径JI12345678910LiSi115.015.815.215.115.914.714.815.515.615.315.914.7215.115.315.015.615.714.814.514.214.914.915.714.2315.215.015.315.615.114.914.214.615.815.215.814.2415.915.215.014.914.814.515.115.515.515.515.
11、914.5515.115.015.314.714.515.515.014.714.614.215.514.22找出数据中中最大值L、最最小值S和极极差RL=MaxLii=15.99，S=MiinSi=114.2，RR=S-L=1.7（5.1）区间S，L称为数据的的散布范围。3确定数据的的大致分组数数k分组数可以按照照经验公式kk=1+3.322lggn确定。本本例取k=66。4确定分组组组距h（5.2）5计算各组上上下限首先确定第一组组下限值，应应注意使最小小值S包含在在第一组中，且且使数据观测测值不落在上上、下限上。故故第一组下限限值取为：然后依次加入组组距h，便可可得各组上下下限值。第一一
12、组的上限值值为第二组的的下限值，第第二组的下限限值加上h为为第二组的上上限值，其余余类推。各组组上下限值见见表5-2。表5-2 频数数分布表组序组界值组中值bi频数fi频率pi114.05114.3514.230.06214.35114.6514.550.10314.65114.9514.8100.20414.95115.2515.1150.32515.25114.5515.490.16615.55115.8515.760.12715.85116.1516.020.04合计50100%6计算各组中中心值bi、频数fi和频率pibi=（第ii组下限值+第i组上限值）/2，频数ffi就是n个数数据
13、落入第ii组的数据个个数，而频数数pi=fi/n（见表表14-3）。7绘制直方图图图5-1频数（频率）直方图以频数（或频频率）为纵坐坐标，数据观观测值为横坐坐标，以组距距为底边，数数据观测值落落入各组的频频数fi（或频率ppi）为高，画画出一系列矩矩形，这样就就得到图形为为频数（或频频率）直方图图，简称为直直方图，见图图5-1。（三）直方图的的观察与分析析从直方图可以以直观地看出出产品质量特特性的分布形形态，便于判判断过程是否否出于控制状状态，以决定定是否采取相相应对策措施施。直方图从从分布类型上上来说，可以以分为正常型型和异常型。正正常型是指整整体形状左右右对称的图形形，此时过程程处于稳定（
14、统统计控制状态态）。如图55-2a。如如果是异常型型，就要分析析原因，加以以处理。常见见的异常型主主要有六种：1双峰型（图图5-2b）：直方图出现现两个峰。主主要原因是观观测值来自两两个总体，两两个分布的数数据混合在一一起造成的，此此时数据应加加以分层。2锯齿型（图图5-2c）：直方图呈现现凹凸不平现现象。这是由由于作直方图图时数据分组组太多，测量量仪器误差过过大或观测数数据不准确等等造成的。此此时应重新收收集和整理数数据。3陡壁型（图图5-2d）：直方图像峭峭壁一样向一一边倾斜。主主要原因是进进行全数检查查，使用了剔剔除了不合格格品的产品数数据作直方图图。4偏态型：（图图5-2e）：直方图的
15、顶顶峰偏向左侧侧或右侧。当当公差下限受受到限制（如如单侧形位公公差）或某种种加工习惯（如如孔加工往往往偏小）容易易造成偏左；当公差上限限受到限制或或轴外圆加工工时，直方图图呈现偏右形形态。5平台型（图图5-2f）：直方图顶峰峰不明显，呈呈平顶型。主主要原因是多多个总体和分分布混合在一一起，或者生生产过程中某某种缓慢的倾倾向在起作用用（如工具磨磨损、操作者者疲劳等）。6孤岛型（图图5-2g）：在直方图旁旁边有一个独独立的“小岛”出现。主要要原因是生产产过程中出现现异常情况，如如原材料发生生变化或突然然变换不熟练练的工人。d）正常型b）双峰型a）正常型g）孤岛型e）偏态型f）平台型c）锯齿型图5-
16、2 直方图形状二 过程能力指指数过程能力指数（Process Capability Index）用于反映过程处于正常状态时，即人员、机器、原材料、工艺方法、测量和环境（5M1E）充分标准化并处于稳定状态时，所表现出的保证产品质量的能力。过程能力指数也称为工序能力指数或工艺能力指数。对于任何生产过过程，产品质质量总是分散散地存在着。若若过程能力越高高，则产品质质量特性值的的分散就会越越小；若过程程能力越低，则则产品质量特特性值的分散散就会越大。那那么，可用6（即3）来描描述生产过程程所造成的总总分散。即过过程能力66。过程能力是是表示生产过过程客观存在在着分散的一一个参数。但但是这个参数数能否满
17、足产产品的技术规规格要求，仅仅从它本身还还难以看出。因因此，还需要要另一个参数数来反映工序序能力满足产产品技术要求求(公差、规规格等质量标标准)的程度度。这个参数数就叫做工序序能力指数。它它是技术规格格要求和工序序能力的比值值，即过程能力指数=技术规格要求过程能力（5.3）当分布中心与公公差中心重合合时，过程能力指数数记为Cp。当分布中中心与公差中中心有偏离时时，过程能力指数数记为Cpk。过程的质量水水平按Cp值可划分分为五个等级级：Cp1.67，特级，能力过高；1.67Cp1.33，一级，能力充分；1.33Cp1.0，二级，能力尚可；1.0CCp0.667， 三级，能力不足；0.67Cp，四
18、级，能力严重不不足。（一） 过程能力计算方方法过程能力指数的的计算可分为为四种情形：（1）过程无偏偏情形设样本的质量特特性值X N（，2）。又设X的规格要求求为（Tl，Tu），则规格格中心值Tm=（Tu+Tl）/2，TT=Tu-Tl为公差。当当u=Tm时，过程无无偏，此时过过程能力指数数按下式计算算：（5.4）（2）过程有偏偏情形当Tm时，则则称此过程有有偏。此时，计计算修正后的的过程能力指指数：（55.5）（55.6）k称为偏移系数数。（3）只有单侧侧上规则限TTu时，XTl产品合格情情形（55.8）（二） 过程能力指数与与过程不合格格品率p之间的关系系1 Cp与p的关系系（5.9）2 Cp
19、k与p的关关系（5.100）3 Cp(u)与pp的关系（5.11）4 Cp(l)与pp的关系（5.12）以上四式中，值可根据正正态分布函数数表查出。例例如，（4.177）=0.99999855。例5-2 已知某零件件加工标准为为1482（mm），对对100个样样本计算出均均值为1488mm，标准准差为0.448（mm），求求过程能力指指数和过程不不合格品率。由于样本均值=148（mmm），过程程无偏。根据据式5.4，过过程能力指数数为：=1.39过程不合格品率率为：=310-55三 控制图CLLCLUCL1 5样本序号质量特性图5-3 控制图控制图是对生产产过程中产品品质量状况进进行实时控制制
20、的统计工具具，是质量控控制中最重要要的方法。人人们对控制图图的评价是：“质量管理始始于控制图，亦亦终于控制图图”。控制图主主要用于分析析判断生产过过程的稳定性性，及时发现现生产过程中中的异常现象象，查明生产产设备和工艺艺装备的实际际精度，为评评定产品质量量提供依据。我我国也制定了了有关控制图图的国家标准准GB40091.1。控制图的基本样样式如图5-3所示。横横坐标为样本本序号，纵坐坐标为产品质质量特性，图图上三条平行行线分别为：实线CL中心线，虚虚线UCL上控制界界限线，虚线线LCL下控制界限限线。在生产产过程中，定定时抽取样本本，把测得的的数据点一一一描在控制图图中。如果数数据点落在两两条
21、控制界限限之间，且排排列无缺陷，则则表明生产过过程正常，过过程出于控制制状态，否则则表明生产条条件发生异常常，需要对过过程采取措施施，加强管理理，使生产过过程恢复正常常。（一）控制图的的设计原理1正态性假设设：控制图假假定质量特性性值在生产过过程中的波动动服从正态分分布。23准则：若质量特性性值X服从正正态分布N（，2），根据正态分布概率性质，有（5.13）也即（-3，+3）是X的实实际取值范围围。据此原理理，若对X设设计控制图，则则中心线CLL=，上下控制制界限分别为为UCL=-3，LCL=+3。3小概率原理理：小概率原原理是指小概概率的事件一一般不会发生生。由3准则可知，数数据点落在控控制
22、界限以外外的概率只有有0.27%。因此，生生产过程正常常情况下，质质量特性值是是不会超过控控制界限的，如如果超出，则则认为生产过过程发生异常常变化。（二）控制图的的基本种类按产品质量的特特性分类，控控制图可分为为计量值控制制图和计数值值控制图1计量值控制制图：用于产产品质量特性性为计量值情情形，如长度度、重量、时时间、强度等等连续变量。常常用的计量值值控制图有：均值极差控制制图（图），中中位数极差控制制图（图），单单值移动极差差控制图（图图），均值标准差控控制图（图）。2计数值控制制图：用于产产品质量特性性为不合格品品数、不合格格品率、缺陷陷数等离散变变量。常用的的计数值控制制图有：不合合格品
23、率控制制图（P图），不合合格品数控制制图（Pn图），单位位缺陷数控制制图（u图），缺陷陷数控制图（c图）。按控制图的用途途来分，可以以分为分析用用控制图和控控制用控制图图。1 分析用控制图分析用控制图用用于分析生产产过程是否处处于统计控制制状态。若经经分析后，生生产过程处于于控制状态且且满足质量要要求，则把分分析用控制图图装化为控制制用控制图；若经分析后后，生产过程程处于非统计计控制状态，则则应查找原因因并加以消除除。2 控制用控制图控制用控制图由由分析控制图图转化而来，用用于对生产过过程进行连续续监控。生产产过程中，按按照确定的抽抽样间隔和样样本大小抽取取样本，在控控制图上描点点，判断是否否
24、处于受控状状态。（三）控制图的的判别规则1 分析用控制图若控制图上数据据点同时满足足下表的规则则，则认为生生产过程处于于控制状态。表5-3 分析析用控制图判判别规则规则具体描述规则1：绝大多多数数据点在在控制界限内内1连续25点没没有一点在控控制界限外2连续35点中中最多只有一一点在控制界界限外3连续100点点中最多只有有两点在控制制界限外规则2：数据点点排列无右边边的18种种异常现象1 连续7点或或更多点在中中心线同一侧侧2 连续7点或或更多点单调调上升或下降降3 连续11点点中至少有110点在中心心线同一侧4连续14点中中至少有122点在中心线线同一侧5连续17点中中至少有144点在中心线
25、线同一侧6 连续20点点中至少有116点在中心心线同一侧7连续3点中至至少有2点落落在2与3界限之间8连续7点中至至少有3点落落在2与3界限之间2 控制用控制图控制用控制中的的数据点同时时满足下面规规则，则认为为生产过程处处于统计控制制状态：规则1：每一个个数据点均落落在控制界限限内；规则2：控制界界限内数据点点排列无异常常情况（参见见分析用控制制图规则2）。（四）控制图的的制作与判别别下面以均值极差控制图图为例说明控控制图的制作作与分析方法法。其余种类类控制图的做做法和应用可可参见文献88。均值极差控制图图是图（均值值控制图）和和R图（极差控控制图）联合合使用的一种种控制图，前前者用于判断断
26、生产过程是是否处于或保保持在所要求求的受控状态态，后者用于于判断生产过过程的标准差差是否处于或或保持在所要要求的受控状状态。例5-3 某厂厂生产一种零零件，长度要要求为49.500.10（mmm），生产产过程质量要要求为过程能能力指数不小小于1，为对对该过程实施施连续控制，试试设计均值极差控制制图。1收集数据并并加以分组本例每隔2小时时，从生产过过程中抽取55个零件，测测量长度值，形形成一组大小小为5的样本本，一共收集集25组样本本。2计算每组的的样本均值和和极差，（55.14）计算结果如表55-4所示。表5-4 某零零件长度各组组均值和极差差组号12345678910111213均值49.4
27、949.5249.5049.5049.5349.5149.5049.5049.5149.5349.5049.5149.49极差0.060.070.060.060.110.120.100.060.120.090.110.060.07组号141516171819202122232425均值49.5349.4949.5049.5149.5149.5149.5049.5249.5049.5049.5049.52极差0.100.090.050.070.060.050.080.100.060.090.050.113计算总均值值和极差平均均=49.50668，=0.800（5.155）4计算控制界界限图的控
28、制界限计计算=49.50668+0.55770.8000=49.55530=49.50668（5.166）=49.50668-0.55770.8000=49.44606R图的控制界限限计算=2.1150.08000=0.11692=0.08000（5.177）0以上两式中，AA2、D4、D3均可从相关关控制图系数数表中查出：当n=5，AA2=0.5777，D3AdA图5-7 一次抽样方案（n；A）一次抽样方案案（n；A）是是指从批中抽抽取一个大小小为n的样本本，如果样本本的不合格品品个数d不超超过预定指定定的数A，判判定此批为合合格，否则判判为不合格。AA称为“合格判定数数”或“接受数”。一次
29、抽样样实施程序如如图5-7所所示。3OC函数数和OC曲线线OC函数亦称称为操作特性性函数，表示示不合品率为为p的交验批批被抽样方案案（n；A）判判定为接受的的概率，计算算公式如下：（5.18）式中：p=d/nOC函数具有下下列性质：（1）P(0)=1，即当当交验批没有有不合格品时时，应被百分分之百接受。（2）P(1)=0，即当当交验批没有有不合格品时时，应被百分分之百拒受。（3）P(p)为p的减函函数。即当交交验批不合格格品率变大时时，被接受的的概率应相应应减小。OC函数的图形形如图5-88。（二）方案制制订原理标准型抽样方方案是为了同同时保障生产产方和顾客利利益，预先限限制两类风险险和前提下制定定的，也即要要求1 pp0时，PP(p) 1-，也就是当当样本抽样合合格时，接受受概率应该保保证大于1-。2 pp1时，PP(p) ，即当样样本抽样不合合格时，接受受概率应该保保证小于。根据OC函数的的递减性，上上述要求等价价于（n；AA）满足下列列方程组：（55.19）因此，如果预先先确定好p00，p1，的大小，就就可以根据式式5.1