統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制SPC概論
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SPC即統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（Statistical Process Control）。SPC是美國(guó)美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室休哈特(Shewhart)博士首先應(yīng)用正態(tài)分布特性于生產(chǎn)過(guò)程中的管理，目前已成為生產(chǎn)過(guò)程中控制穩(wěn)定產(chǎn)出的主要工具之一，在生產(chǎn)型企業(yè)中應(yīng)用的非常廣泛。
SPC主要是指應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，科學(xué)的區(qū)分出生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量的隨機(jī)波動(dòng)與異常波動(dòng)，從而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的異常趨勢(shì)提出預(yù)警，以便生產(chǎn)管理人員及時(shí)采取措施，消除異常，恢復(fù)過(guò)程的穩(wěn)定，從而達(dá)到提高和控制質(zhì)量的目的。
在生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品的質(zhì)量特征值的波動(dòng)是不可避免的。它是由4M1E，即人、機(jī)器、材料、方法和環(huán)境等基本因素的波動(dòng)綜合影響所致。波動(dòng)分為兩種：正常波動(dòng)和異常波動(dòng)，或稱(chēng)為偶然誤差和系統(tǒng)誤差。正常波動(dòng)是偶然性原因（不可避免因素）造成的。它對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較小，在技術(shù)上難以消除，在經(jīng)濟(jì)上也不值得消除。異常波動(dòng)是由系統(tǒng)原因（異常因素）造成的，它對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，但能夠采取措施避免和消除。過(guò)程控制的目的就是消除、避免異常波動(dòng)，使過(guò)程處于正常波動(dòng)狀態(tài)。
一、SPC技術(shù)原理
統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）是一種借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的過(guò)程控制工具。它對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，根據(jù)反饋信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性因素出現(xiàn)的征兆，并采取措施消除其影響，使過(guò)程維持在僅受隨機(jī)性因素影響的受控狀態(tài)，以達(dá)到控制質(zhì)量的目的。當(dāng)過(guò)程僅受隨機(jī)因素影響時(shí)，過(guò)程處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)（簡(jiǎn)稱(chēng)受控狀態(tài)）；當(dāng)過(guò)程中存在系統(tǒng)因素的影響時(shí)，過(guò)程處于統(tǒng)計(jì)失控狀態(tài)（簡(jiǎn)稱(chēng)失控狀態(tài)）。
由于過(guò)程波動(dòng)具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，隨機(jī)誤差具有一定的分布規(guī)律，當(dāng)過(guò)程受控時(shí)沒(méi)有系統(tǒng)誤差，根據(jù)中心極限定理，這些隨機(jī)誤差的總和，即總體質(zhì)量特性服從正態(tài)分布N（μ，σ2）。正態(tài)分布的特征直觀看就是大多數(shù)值集中在以μ為中心位置，越往邊緣個(gè)體數(shù)越少。在正態(tài)分布正負(fù)3σ范圍內(nèi)，即樣品特征值出現(xiàn)在（μ-3σ，μ+3σ）中的概率為99.73%，即超出正負(fù)3σ范圍發(fā)生概率僅為0.27%。
而失控時(shí)，過(guò)程分布將發(fā)生改變，數(shù)據(jù)的中心位置或離散程度發(fā)生很大變化。當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)正負(fù)3σ范圍以外，根據(jù)小概率事件實(shí)際不可能發(fā)生原理，即認(rèn)為已出現(xiàn)失控。如果加工處于受控狀態(tài)，則認(rèn)為樣品特征值一定落正負(fù)3σ范圍內(nèi)，即存在3σ原理。SPC正是利用過(guò)程波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性對(duì)過(guò)程進(jìn)行分析控制的。在世界上大多數(shù)國(guó)家均以正負(fù)3σ范圍為控制界限。因而，它強(qiáng)調(diào)過(guò)程在受控和有能力的狀態(tài)下運(yùn)行，從而使產(chǎn)品和服務(wù)穩(wěn)定地滿足顧客的要求。下圖是控制圖的基本形式。
控制圖有兩個(gè)坐標(biāo)，縱坐標(biāo)代表質(zhì)量特性值，橫坐標(biāo)表示樣本號(hào)。中心線CL=μ，上控制限UCL=μ+3σ，下控制限LCL=μ-3σ。
生產(chǎn)中，定期抽取樣本，測(cè)出其質(zhì)量特性值數(shù)據(jù)，計(jì)算后標(biāo)在圖上，觀察點(diǎn)是否越限，判斷生產(chǎn)過(guò)程是否處于穩(wěn)定狀況。
二、控制圖類(lèi)型
控制圖是畫(huà)有控制界限，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制的一種圖。用它來(lái)判斷產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)的原因（系統(tǒng)原因或偶然原因），進(jìn)而判斷生產(chǎn)過(guò)程是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。按不同用途，控制圖可分為用于預(yù)防不合格品產(chǎn)生的管理用控制圖和主要用于分析用的控制圖兩類(lèi)。
根據(jù)不同的質(zhì)量特性值，控制圖可分為計(jì)量型控制圖和計(jì)數(shù)型控制圖。
三、SPC應(yīng)用步驟
實(shí)施SPC分為兩個(gè)階段，一是分析階段，二是監(jiān)控階段。在這兩個(gè)階段所使用的控制圖分別被稱(chēng)為分析用控制圖和控制用控制圖。分析階段的主要目的在于：一是使過(guò)程處于統(tǒng)計(jì)穩(wěn)態(tài)；二是使過(guò)程能力足夠。
分析階段首先要進(jìn)行的工作是生產(chǎn)準(zhǔn)備，即把生產(chǎn)過(guò)程所需的原料、勞動(dòng)力、設(shè)備、測(cè)量系統(tǒng)等按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行準(zhǔn)備。生產(chǎn)準(zhǔn)備完成后就可以進(jìn)行，注意一定要確保生產(chǎn)是在影響生產(chǎn)的各要素?zé)o異常的情況下進(jìn)行；然后就可以用生產(chǎn)過(guò)程收集的數(shù)據(jù)計(jì)算控制界限，作成分析用控制圖、直方圖、或進(jìn)行過(guò)程能力分析，檢驗(yàn)生產(chǎn)過(guò)程是否處于統(tǒng)計(jì)穩(wěn)態(tài)、以及過(guò)程能力是否足夠。如果任何一個(gè)不能滿足，則必須尋找原因，進(jìn)行改進(jìn)，并重新準(zhǔn)備生產(chǎn)及分析。直到達(dá)到了分析階段的兩個(gè)目的，則分析階段可以宣告結(jié)束，進(jìn)入SPC監(jiān)控階段。
監(jiān)控階段的主要工作是使用控制用控制圖進(jìn)行監(jiān)控。此時(shí)控制圖的控制界限已經(jīng)根據(jù)分析階段的結(jié)果而確定，生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)及時(shí)繪制到控制上，并密切觀察控制圖，控制圖中點(diǎn)的波動(dòng)情況可以顯示出過(guò)程受控或失控，如果發(fā)現(xiàn)失控，必須尋找原因并盡快消除其影響。監(jiān)控可以充分體現(xiàn)出SPC預(yù)防控制的作用。
在工廠的實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于每個(gè)控制項(xiàng)目，都必須經(jīng)過(guò)以上兩個(gè)階段，并且在必要時(shí)會(huì)重復(fù)進(jìn)行這樣從分析到監(jiān)控的過(guò)程。
分析用控制圖作圖步驟
1）選取控制圖要控制的質(zhì)量特性；
2）根據(jù)質(zhì)量特性及適用的場(chǎng)合選取控制圖類(lèi)型；
3）確定合適樣本組、樣本大小和抽取間隔，并假定在樣本組內(nèi)波動(dòng)為系統(tǒng)因素引起；
4）收集并記錄20～25個(gè)樣本組的數(shù)據(jù)，或使用以前所記錄的數(shù)據(jù)，通常每組樣本量n=4-5個(gè)，這樣保證控制過(guò)程的檢出率為84％～90％；
5）計(jì)算各組樣本的統(tǒng)計(jì)量（均值、標(biāo)準(zhǔn)差，極差等）；
6）計(jì)算中心線和控制限；
7）繪制控制圖（畫(huà)坐標(biāo)軸，畫(huà)中心線和上下控制限，根據(jù)樣本值打點(diǎn)，記入相關(guān)事項(xiàng)）；
8）分析樣本點(diǎn)的排列形狀，判斷過(guò)程是否受控。
控制用控制圖作圖步驟
當(dāng)分析用控制圖中點(diǎn)子均在控制限之內(nèi)或排列無(wú)缺陷時(shí)，能表明生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定、無(wú)系統(tǒng)因素影響生產(chǎn)過(guò)程，尚不能說(shuō)明不合格率小于允許值。因此，在分析用控制圖基礎(chǔ)上需要繪制控制用控制圖。相關(guān)步驟如下：
1）消除系統(tǒng)因素。依據(jù)分析用控制圖提供的信息判斷生產(chǎn)過(guò)程是否穩(wěn)定，即是否有系統(tǒng)因素在起作用。如果存在系統(tǒng)因素，應(yīng)設(shè)法消除。
2）重新計(jì)算控制限。剔除分析用控制圖中無(wú)代表性的數(shù)據(jù)（如落在界限外點(diǎn)子的數(shù)據(jù)）后，重新計(jì)算中心線和控制限。
3）確認(rèn)分布范圍位于公差界限之內(nèi)。只有當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定且產(chǎn)品質(zhì)量特性值分布范圍位于公差界限之內(nèi)時(shí)，才能保證不出現(xiàn)大量不合格品。因此應(yīng)該利用分析用控制圖的數(shù)據(jù)繪制直方圖，并與公差界限比較，或直接計(jì)算工序能力指標(biāo)，進(jìn)而采取相應(yīng)措施。
4）控制用控制圖的使用。在確認(rèn)和平過(guò)程穩(wěn)定并具備足夠的工序能力后，便可開(kāi)始批量生產(chǎn)，并用控制圖控制生產(chǎn)過(guò)程，即根據(jù)控制圖類(lèi)型抽取樣本進(jìn)行計(jì)算、繪圖和分析。
四、SPC應(yīng)用的好處和不足
SPC利用控制圖，強(qiáng)調(diào)全過(guò)程監(jiān)控、全系統(tǒng)參與，并且強(qiáng)調(diào)用科學(xué)方法（主要是統(tǒng)計(jì)技術(shù)）來(lái)保證全過(guò)程的預(yù)防。SPC不僅適用于質(zhì)量控制，更可應(yīng)用于一切管理過(guò)程（如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、市場(chǎng)分析等）。正是它的這種全員參與管理質(zhì)量的思想，實(shí)施SPC可以幫助企業(yè)在質(zhì)量控制上真正作到"事前"預(yù)防和控制，SPC可以：
l 對(duì)過(guò)程作出可靠的評(píng)估；
l 確定過(guò)程的統(tǒng)計(jì)控制界限，判斷過(guò)程是否失控和過(guò)程是否有能力；
l 為過(guò)程提供一個(gè)早期報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)監(jiān)控過(guò)程的情況以防止廢品的發(fā)生；
l 減少對(duì)常規(guī)檢驗(yàn)的依賴(lài)性，定時(shí)的觀察以及系統(tǒng)的測(cè)量方法替代了大量的檢測(cè)和驗(yàn)證工作；
l 區(qū)分散布的正常原因和異常原因，作為采取局部措施和對(duì)系統(tǒng)采取措施的指南。
有了以上的預(yù)防和控制，應(yīng)用SPC還可以促進(jìn)企業(yè)：
l 降低成本；
l 降低不良率，減少返工和浪費(fèi)；
l 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；
l 提供核心競(jìng)爭(zhēng)力；
l 贏得廣泛客戶；
l 更好地理解和實(shí)施質(zhì)量體系。
應(yīng)用SPC對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行工序質(zhì)量控制時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)兩類(lèi)錯(cuò)誤。如圖所示：
第I類(lèi)錯(cuò)誤：把處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下的生產(chǎn)工序誤判為處于非統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，稱(chēng)為第I類(lèi)錯(cuò)誤。把犯第I類(lèi)錯(cuò)誤的概率稱(chēng)為第I類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，記為α。
第II類(lèi)錯(cuò)誤：把處于非統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下的生產(chǎn)工序誤叛為處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，稱(chēng)為第II類(lèi)錯(cuò)誤。把犯第II類(lèi)錯(cuò)誤的概率稱(chēng)為第II類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，記作β。
一般情況下，要同時(shí)避免兩類(lèi)錯(cuò)誤是不可能的。當(dāng)樣本大小一定時(shí)，α越小，則β越大，反之，α越大，則β越小。實(shí)踐證明，3σ范圍可使兩類(lèi)錯(cuò)誤造成的總損失最小，較為經(jīng)濟(jì)合理。
五、SPC的最新發(fā)展
經(jīng)過(guò)近70年在全世界范圍的實(shí)踐，SPC理論已經(jīng)發(fā)展得非常完善，其與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合日益緊密，其在企業(yè)內(nèi)的應(yīng)用范圍、程度也已經(jīng)非常廣泛、深入。概括來(lái)講，SPC的發(fā)展呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：
1、分析功能強(qiáng)大，輔助決策作用明顯。 在眾多企業(yè)的實(shí)踐基礎(chǔ)上發(fā)展出繁多的統(tǒng)計(jì)方法和分析工具，應(yīng)用這些方法和工具可根據(jù)不同目的、從不同角度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的研究與分析，在這一過(guò)程中SPC的輔助決策功能越來(lái)越得到強(qiáng)化。
2、體現(xiàn)全面質(zhì)量管理思想。隨著全面質(zhì)量管理思想的普及，SPC在企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量管理上的應(yīng)用也逐漸從生產(chǎn)制造過(guò)程質(zhì)量控制擴(kuò)展到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、輔助生產(chǎn)過(guò)程、售后服務(wù)及產(chǎn)品使用等各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，強(qiáng)調(diào)全過(guò)程的預(yù)防與控制。
3、與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合。現(xiàn)代企業(yè)質(zhì)量管理要求將企業(yè)內(nèi)外更多的因素納入考察監(jiān)控范圍、企業(yè)內(nèi)部不同部門(mén)管理職能同時(shí)呈現(xiàn)出分工越來(lái)越細(xì)與合作越來(lái)越緊密兩個(gè)特點(diǎn)，這都要求可快速處理不同來(lái)源的數(shù)據(jù)并做到最大程度的資源共享。適應(yīng)這種需要，SPC與計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合越來(lái)越緊密。
4、系統(tǒng)自動(dòng)化程度不斷加強(qiáng)。傳統(tǒng)的SPC系統(tǒng)中，原始數(shù)據(jù)是手工抄錄，然后人工計(jì)算、打點(diǎn)描圖，或者采用人工輸入計(jì)算機(jī)，然后再利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。隨著生產(chǎn)率的提高，在高速度、大規(guī)模、重復(fù)性生產(chǎn)的制造型企業(yè)里，SPC系統(tǒng)已更多采取利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)傳輸?shù)劫|(zhì)量控制中心進(jìn)行分析的方式。
5、系統(tǒng)可擴(kuò)展性和靈活性要求越來(lái)越高。企業(yè)外部和內(nèi)部環(huán)境的發(fā)展變化速度呈現(xiàn)出加速度的趨勢(shì)，成功運(yùn)用的系統(tǒng)不僅要適合現(xiàn)時(shí)的需要，更要符合未來(lái)發(fā)展的要求，在系統(tǒng)平臺(tái)的多樣性、軟件技術(shù)的先進(jìn)性、功能適應(yīng)性和靈活性以及系統(tǒng)開(kāi)放性等方面提出越來(lái)越高的要求。