统计过程控制

第七章　质量管理

质量是决定市场竞争的关键要素之一，质量管理在企业管理中起着不可忽视的作用。本章阐述了质量及质量管理的基本概念、全面质量管理及PDCA活动的程序和特点、ISO9000系列标准与质量认证等。着重介绍了质量管理常用的分析方法和工序过程控制的原理及常用的方法。

第一节　质量及质量管理概述

一、质量管理的基本概念

(一)质量的概念

根据ISO9000∶2000的定义:质量是一组固有特性满足要求的程度。

由上述定义可知:

(1)质量可存在于各个领域或任何事物中。质量不仅指产品质量，也可以是某项活动或过程的工作质量，还可以是质量管理体系运行的质量。

(2)质量由一组固有特性组成。这些固有特性是指满足顾客和其他相关方要求的特性，是指某事或某物本来就有的。它通过产品、过程或体系设计和开发及其实现过程形成的属性，如准确性、可靠性等。

(3)满足要求是指应满足明确(如有明确规定的)、隐含(如公认的惯例、通常的习惯等)或必须履行的需要和期望(如法律法规、行业规则等)，以固有特性满足要求程度来评定事务质量的优劣。

(4)顾客和其他相关方对产品、体系或过程的质量的要求是动态、发展和相对的，随时间、地点、环境变化而变化。所以，对质量应定期评审，按变化的需要和期望相应地改进产品、体系和过程的固有特性，才能确保持续地满足顾客和其他相关方的要求。

(二)质量管理的基本概念

质量管理是指确定质量方针、目标和职责，并通过质量体系中的质量策划、质量控制、质量保证和质量改进来使其实现的所有管理职能的全部活动。定义中几个主要术语的含义如下:

(1)质量体系是指为实现质量管理的组织机构、职责、程序、过程和资源。

(2)质量控制是指为满足质量要求所采取的作业技术和活动。

(3)质量保证是指为使人们确信某实体能满足质量要求，在质量体系内所开展的并按需要进行证实的有计划和有系统的全部活动。

二、全面质量管理

(一)质量管理的发展阶段

质量管理的发展大体经过了以下3个阶段:

1.质量检验阶段

20世纪初，泰罗在所提出的“科学管理”理论中，主张之一就是将计划和执行分开。所以，很多企业设立了“专职检验”这一环节，以判明执行情况是否偏离计划，是否符合标准。那时，人们对质量管理的理解还只限于质量的检验，即依靠检验手段挑出不合格品，并对不合格品进行统计而已，管理的作用非常薄弱。

2.统计质量控制阶段

1924年，美国人休哈特等人运用数理统计的原理提出了经济控制生产过程中的产品质量。即后来发展完善的“质量控制图”和“预防缺陷”的理论。其目的是预防生产过程中的不合格品的产生。但这些方法，最开始并未引起人们的重视，直到1937年，在质量管理中应用控制图和抽样验收的公司也不到10家。

第二次世界大战初期，美国生产民用品的大批公司转为生产各种军需品。军需品大多数是破坏性检验，不允许事后全检。美国国防部为解决这一难题，特邀休哈特等人以及美国材料与试验协会、美国的标准协会等，制定了一系列的相关标准。由于统计质量控制方法给公司带来巨额利润，所以当战后那些公司转入民用品生产时，仍然乐意运用这一方法。其他公司也纷纷效仿，于是质量控制方法风靡一时。

3.全面质量管理(TOC)阶段

随着科学技术和管理理论的发展，企业发现仅仅依赖质量检验和统计质量控制方法很难保证与提高产品质量。同时，把质量职能完全交给专业的质量控制技术人员也是不妥的。因此，许多企业就有了全面质量管理实践。

最早提出全面质量管理概念的时间是在1961年，美国通用电气公司的质量总经理费根堡姆出版了《全面质量管理》一书，在书中他强调质量职能应由公司全体人员承担，解决质量问题不能仅限于产品制造过程，质量管理应贯穿于产品质量产生、形成和实现的全过程，且解决质量问题的方法多种多样，不能仅限于检验和数理统计方法。

(二)全面质量管理的含义和基本观点

ISO9000∶1994关于全面质量管理的定义:全面质量管理是指一个组织以质量为中心，以全员参加为基础，目的在于通过让顾客满意和本组织所有成员及社会受益而达到长期成功的管理途径。从定义中可以看出其基本观点为:

(1)系统管理的观点。产品质量的形成和发展有个过程，这个过程包含了许多相互联系，相互制约的环节，那么不论是保证和提高质量，还是解决质量问题，都应把企业看成是一个开放系统，运用系统科学的原理和方法。

(2)预防为主的观点。这个观点要求企业把质量管理工作的重点从“事后把关”转移到“事前预防”，把从管理产品质量的“结果”，变为管理产品质量的“影响因素”，真正做到防检结合，以防为主，把不合格品消灭在产品质量的形成过程中。

(3)为用户服务的观点。这里所指的“用户”是广义的，它包含两个方面的意思:一是企业内部下道工序就是上道工序的“用户”，上道工序要为下道工序服务。二是产品的使用者就是企业的用户，企业要为他们服务。

(三)全面质量管理的基本要求

1．全员的质量管理

企业上至高层管理者下至工人的全体人员对产品质量的认识，以及与产品质量相关的工作质量的好坏，决定着产品质量的优劣。因此，全员的质量管理首先是指必须提高全体成员的素质，对他们进行质量管理教育，强化质量意识，使每个成员都树立“质量第一”的思想，保证和提高产品质量。其次，还应广泛发动工人参加质量管理活动，这是生产优质产品的质量保证。

2．全过程的质量管理

全面质量管理要求把产品质量形成全过程的各个环节和有关因素控制起来，让不合格品消灭在质量的形成过程中，做到防检结合，以防为主。实行全过程的质量管理，一方面要把管理工作的重点从管事后的产品质量转到控制事前的生产过程质量上来。在设计和制造过程的管理上下功夫。在生产过程的一切环节加强质量管理，保证生产过程的质量良好，消除产生不合格品的种种隐患，做到防患于未然。另一方面，要以顾客为中心，逐步建立一个包括从市场调查、设计、制造到销售使用的全过程的，能够稳定地生产合格产品的质量体系。

3．全企业的质量管理

全企业的质量管理可以从两个方面来理解:

一是要求企业各个管理层次都有明确的质量管理内容。上层管理侧重于质量决策，制定出企业的质量方针、质量目标、质量政策和质量计划，并统一组织、协调企业各部门、各环节、各类人员的质量管理活动，保证实现企业的经营目标;中层管理侧重于贯彻落实上层管理的质量决策，更好地执行各自的质量职能，并对基层工作进行具体的管理;基层管理则要求每个职工要严格地按标准、按规程进行生产，相互间进行分工合作，并结合本职工作，开展合理化建议和质量管理小组活动，不断地进行作业改善。

二是产品质量职能是分散在企业的有关部门中的，要保证和提高产品质量，就必须把分散到企业各部门的质量职能充分地发挥出来。但由于各部门的职责和作用不同，其质量管理的内容也是不一样的。为了有效地进行全面质量管理，就必须加强各部门的组织协调。

4．多方法的质量管理

影响产品质量的因素很多，要把诸多因素系统地控制起来，全面地管理好，就必须根据不同情况，区别不同因素，广泛、灵活地运用多种多样的先进的科学技术方法和现代化的管理方法来解决质量问题。这些方法有:计划—执行—检查—处理(PDCA)的工作程序、数理统计方法、价值分析法、系统分析法、优选法以及现代化的检测手段和计算机辅助质量管理等。

三、PDCA循环质量管理工作程序

(一)PDCA循环的基本概念

全面质量管理活动的全部过程，是按照PDCA管理循环，不停地周而复始地运转的。PDCA管理循环是全面质量管理所应遵循的科学程序，它是全面质量管理的基本方法。

PDCA的含义是:Plan(计划)、Do(执行)、Check(检查)、Action(处理)。它反映了做质量管理工作必须经过的4个阶段。为了解决和改进质量问题，在质量管理中，通常把PDCA管理循环进一步具体化为8个步骤。

1．计划阶段

分析现状，找出存在的质量问题。(①)

分析产生质量问题的各种原因或影响因素。(②)

找出影响质量的主要因素。(③)

针对影响质量的主要因素，制定措施，提出行动计划，并预计效果。措施和计划应该具体、明确。一般要明确的是:为什么要制定这一措施或计划，预定达到什么目标，在哪里执行这一措施或计划，由谁来执行，什么时候开始执行，用什么方法执行，什么时候完成。(④)

2．执行阶段

执行措施和计划。(⑤)

3．检查阶段

调查采取措施的效果。(⑥)

4．处理阶段

总结成功的经验和失败的教训，将它们都吸取到相应的标准、制度或规定中。(⑦)

提出尚未解决的问题。(⑧)

在8大步骤中，需要利用大量的数据和资料才能做出科学判断，对症下药。如何收集与整理数据呢?这就用得着“工具、技术”。表7－1所示即为4个阶段、8个步骤与工具、技术的大致关系。

表7－1　解决质量问题、改进工作的4个阶段和8个步骤

(二)PDCA管理循环的特点

PDCA管理循环的不停运转，原有的质量问题解决了，又会产生新的问题，问题不断地产生又不断地得到解决，如此循环不止，这就是管理循环不断前进的过程，也是全面质量管理工作必须坚持的科学方法。因此，PDCA管理循环运转时，一般具有以下特点:

(1)PDCA管理循环是大环套小环，一环扣一环，小环保大环，推动大循环，如图7－1所示。PDCA管理循环可用于企业各个环节、各方面的质量管理工作。通过PDCA管理循环，使企业各个环节，各方面的管理有机结合，互相促进，形成一个整体。上一级的PDCA管理循环是下一级PDCA管理循环的根据，下一级PDCA管理循环又是上一级PDCA管理循环的具体保证。通过大小PDCA管理循环不停地转动，就把企业各个环节、各项工作有机地组成统一的质量保证体系，实现总的质量目标，如图7－1所示。

(2)PDCA管理循环每转动一次就提高一步，如图7－2所示。PDCA管理循环是螺旋式上升的，如同爬楼梯一样，PDCA这4个阶段周而复始的循环，每循环一次，转动一圈，就前进一步。上升到一个新的高度，就是新的内容和目标，像爬楼梯一样步步上升。这样循环往复，质量问题不断解决，工作质量、管理水平和产品质量就不断提高。

(3)PDCA管理循环是综合性的循环。PDCA管理循环的4个阶段是相对的，各阶段之间不是截然分开的。

图7－1　管理循环大环套小环示意图

图7－2　PDCA管理循环逐级上升示意图

第二节　ISO9000标准与质量认证

一、ISO9000族标准的产生与发展

(一)ISO9000族标准的产生

20世纪70年代后质量已成为商业和工业的新重点，世界各主要工业发达国家都在质量体系领域制定出了各种国家标准和多国标准，一些标准为指导性文件，而另一些标准则由供需双方在合同中采用。这些标准虽然有一定的共同点，但在细节上还是存在许多的不一致和差异，形成了贸易壁垒。随着国际间技术合作的深入发展，要求各国所依据的标准协调一致，以便成为评定各厂商质量保证活动的统一尺度。国际标准化组织(ISO)于1986—1987在总结各国质量保证制度的基础上，颁布了ISO9000质量管理和质量保证系列标准。标准组成如下:

ISO9000—1=GB/T19000《质量管理和质量保证标准　第一部分:选择和使用指南》

ISO9001=GB/T19001《质量体系——设计、生产、安装和服务的质量保证模式》

ISO9002=GB/T19002《质量体系——生产、安装和服务的质量保证模式》

ISO9003=GB/T19003《质量体系——最终检验和试验的质量保证模式》

ISO9004—1=GB/T19004.1《质量管理和质量体系要素　第一部分:指南》

其中，ISO9000是为该系列标准的选择和使用提供原则、指导; ISO9001、ISO9002、ISO9003是3个质量保证模式; ISO9004是指导企业内部建立质量体系的指南。

ISO9000系列标准颁布后，得到了各国工业界的广泛认同和推广，并以其作为质量认证的依据。由于国际贸易和国际交流的发展，世界范围内市场竞争的加剧促进了ISO9000系列标准的发展与完善，后经修订产生了ISO9000∶2000族标准。

(二)ISO9000∶2000族标准的构成和原则

1．构成

2000年后的ISO9000族仅有5项标准，原有的或并入新的标准，以技术的形式发布;或以小册子的形式出版发行;或转入其他技术委员会(TC)。这5项标准是:

(1)ISO9000:质量管理体系基本原理和术语。该标准是在合并原ISO840和ISO9000—1的基础上经修改后重新起草的，共80多条。

(2)ISO9001:质量管理体系要求。该标准是在合并原ISO9001、ISO9002和ISO9003的基础上经修改后重新起草的。

(3)ISO9004:质量管理体系业绩改进。该标准是在合并原ISO9004—1、ISO9004—2、ISO9004—3和ISO9004—4的基础上经修改后重新起草的。

(4)ISO19011:该标准是在合并原ISO91011和ISO14010、ISO14011、ISO14012的基础上经修改后重新起草的。

(5)ISO10012:该标准是在合并原ISO10012—1、ISO10012—2的基础上经修改后重新起草的。

2．ISO9000∶2000版质量管理原则

2000版标准突出体现了管理的八大原则，并作为主线贯穿始终。它们是:

原则1:以顾客为中心。“组织依存于顾客。因此，组织应理解顾客当前的、未来的需求，满足顾客要求并争取超越顾客。”一个组织在经营上取得成功的关键是把客户的要求放在第一位，因此，组织要明确顾客是谁，要调查顾客的需求是什么，要研究怎样满足顾客的要求。

原则2:领导作用。“领导必须将本组织宗旨和内部环境统一起来并创造使员工能够参与实现目标的内部环境。”高层管理者是“在最高层指挥和控制组织的一个人或一组人”。组织最高层管理者(层)的高度重视和强有力的领导是组织质量管理取得成功的关键。组织的最高层管理者要想指挥、控制好一个组织，必须做好确定方向、策划未来、激励员工、协调活动和营造一个良好的内部环境等工作。

原则3:全员参与。“各级人员是组织之本，只有充分地参与，才能使他们的才干为组织带来最大的收益。”全体员工是每个组织的基础，也是质量保证的基础。所以，要对员工进行质量意识、职业道德、以顾客为关注焦点的意识和敬业精神的教育，还要激发他们的积极性和责任感。

原则4:过程方法。“将相关的资源和活动作为过程进行管理，可以更高效地得到期望的结果。”在应用于质量管理体系时，2000版ISO9000族标准建立了一个过程。此模式把管理职责，资源管理，产品实现，测量、分析和改进作为体系的4大主要过程，描述其相互关系，并以顾客要求为输入，提供给顾客的产品输出，通过信息反馈来测定顾客满意度，评价质量管理体系的业绩。

原则5:管理的系统方法。“针对设定的，识别、理解并管理一个由相互的过程所组成的体系，有助于提高组织的有效和效率。”这种建立和实施质量体系的方法，可用于新建体系，也可用于现有体系的改进。

原则6:持续改进。“持续改进是组织一个永恒的目标。”在质量管理体系中，改进指产品质量、过程及体系有效性和效率的提高，持续包括:了解现状，建立、寻找、评价和解决办法，测量验证和分析结果，把更改纳入文件等活动。

原则7:基于事实决策方法。“对数据信息的分析或直觉判断是有效决策的基础。”以事实为依据做决策，可防止失误。

原则8:互利的供方。“通过与供方互利的关系，增强组织及其供方创造价值的能力。”供方提供的产品将对组织向顾客提供满意的产品产生重要影响，因此处理好与供方的关系，影响组织能否持续稳定地提供顾客满意的产品。

二、质量认证

(一)质量认证概述

质量认证也叫合格评定，是国际上通行的管理产品质量的有效方法。质量认证按认证的对象分为产品质量认证和质量体系认证两类。

(1)产品质量认证是指依据产品标准和相应技术要求，经认证机构确认并通过颁发认证证书和认证标志来证明某一产品符合相应标准和相应技术要求的活动。

(2)质量体系认证其认证的对象是企业的质量体系，或者说是企业的质量保证能力。企业认证的根据或者说获准认证的条件，是企业的质量体系应符合申请的质量保证标准，即GB/T19001—ISO9001或GB/T19002—ISO9002或GB/T19003—ISO9003和必要的补充要求。获准认证的证明方式是通过颁发具有认证标记的质量体系认证证书。但证书和标记都不能在产品上使用。质量体系认证都是自愿性的。质量体系要满足指定质量保证标准要求，证明获准认证的方式是通过颁发产品认证证书和认证标志。其认证标志可用于获准认证的产品上。产品质量认证又有两种:一种是安全性产品认证，它通过法律、行政法规或规章规定强制执行认证;另一种是合格认证，属自愿性认证，是否申请认证，由企业自行决定。

(二)自愿性认证

自愿性认证包括质量体系认证和非安全性产品质量认证，这种自愿性体现在:企业自愿决策是否申请质量认证;企业自愿选择由国家认可的认证机构，不应有部门和地方的限制;企业自主选择认证的标准依据，即可在GB/T19000—ISO9000族标准的三种质量保证模式标准中进行选择，但是在具体选择时，企业和认证机构应就使用哪一个标准作为认证的基准达成一致意见。所选择的质量保证模式应是适宜的，并且不会误导供方的顾客。

第三节　质量管理常用的分析方法

一、排列图

排列图又叫帕累托图，是分析和寻找影响质量主要因素的一种工具。它是将质量改进项目从最重要到最次要进行排列而采用的一种简单的图示技术。排列图有两个重要作用:一是按重要顺序显示出每一个质量改进项目对整个质量问题的作用;二是识别质量改进的机会。作图步骤如下:

(1)收集数据，进行分类，按项目频数由小到大，列出数据表。

(2)计算各类问题占总问题的百分比。计算各问题的累计百分比。

(3)作排列图。横坐标按项目数等分，并列出项目名或代号。纵坐标左为频数刻度，右为相应的百分数刻度。最后，按数据表中的累计百分数，画出图中的折线。

(4)确定ABC类问题:对应于0～80%折线下的问题为A类问题，是需考虑解决的主要问题。对应于80%～90%折线下的问题为B类问题，属次要问题。对应于90%～100%折线下的问题为C类问题，为一般问题。

【例7－1】某公司中继线插头的焊接不合格数如表7－2所示。根据这个统计表可画出图7－3，其中A和B项为需要解决的A类问题。

表7－2　中继线插头的焊接不合格数表

图7－3　中继线插头的焊接不合格数的排列图

从图7－3中可以看出:A和B项目是A类问题，需要首先解决。如果解决了这两类问题，就可以使不合格品率降低到79.84%以下。

二、因果图

因果图又叫鱼刺图或石川图，是寻找造成质量问题原因的一种简明有效的方法。在分析问题时，集思广益，从大到小，从粗到细，寻根究底，直至能具体采用措施为止，其基本格式如图7－4所示。作图步骤如下:

(1)确定要分析的问题。

(2)将分析意见按类记录在箭线上。

(3)检查有无遗漏。

(4)用记号把特别重要的原因标识出来，并记上必要事项。

图7－4　鱼刺图基本格式

【例7－2】某厂为寻找曲轴车加工主轴颈出现刀痕质量问题的原因时，作出的因果图如图7－5所示。

图7－5　主轴颈出现刀痕的因果分析图

三、散布图

散布图又叫相关图。它是通过分析两种数据之间的关系，来分析和控制影响产品质量的相关因素的一种方法。散布图法在质量管理中，是用来研究质量特性和某些因素间的相互关系，并揭示它们内部联系的一种常用方法。作图步骤如下:

(1)需要研究是否关系的两组数据收集30组以上，并一一对应地填入数据表。

(2)画出纵坐标与横坐标，标上适当的刻度。

(3)将数据用坐标点在图上标出来。

【例7－3】某机械加工车间皮带速度与切割长度的相关关系数据如表7－3所示，所作出的散布图如图7－6所示。

表7－3　皮带速度与切割长度的相关关系数据表

图7－6　皮带速度与切割长度的散布图

由散布图观察分析如下:

通过观察散布图上点的分布状况，可以看出两种数据之间是否有相关关系以及关系的密切程度。一般有如图7－7所示的几种形式:

图7－7　散布图的几种基本形式

第四节　统计过程控制

一、过程能力及能力计算

(一)统计过程控制的含义

过程控制又称为工序控制。工序质量决定着产品的制造质量。所谓的工序质量，是指工序质量因素(人、机器、材料、方法、测量、环境)满足产品制造质量的优劣程度。过程控制就是为保持工序质量因素满足规定的工序质量水平要求所采取的作业技术和活动。

统计过程控制(Statistical Process Control，SPC)，也叫统计工序控制，是过程控制的一种办法。它根据产品质量统计观点，运用数理统计方法对生产过程的数据加以收集、整理和分析，从而了解、预测和监控过程的运行状态，排除发现的质量问题或隐患，达到控制质量的目的。

统计过程控制要解决两个基本问题:一是工序质量状况是否稳定(用控制图来进行测定);二是过程能力是否充足(通过过程能力查定来实现)。

(二)过程能力及其能力指数含义

过程能力是指工序在一定生产技术条件下所具有的加工精度，即工序处于稳定状态下所具有的实际加工能力。过程能力是否满足技术要求，需要比较度量，过程能力指数就是表示过程能力满足产品质量标准程度的评价指标。

过程能力指数是指导该工序的加工精度能满足公差要求程度的大小。数值上，工序能力指数是技术要求或产品公差(T)与过程能力(P)的比值。由于母体标准差(σ)一般很难找到，通常用样本的标准差(S)代替，所以过程能力用公式(7－1)求得。

由于生产处于稳定状态时，影响过程能力的偶然因素(随机因素)的综合作用结果近似地服从正态分布，因此，可采用正态分布的特征参数标准(σ)作为工序能力的定量单位，一般用“6σ”表示。若取8σ或10σ，尽管精度高，但要求的设备精度、操作水平也高，相应的制造成本也会大大增加。

(三)过程能力指数计算

1.分布中心与公差中心重合的情况

当分布中心与公差中心重合时，可直接利用Cp值的定义进行计算。

式中　TU——公差上限;

　　　TL——公差下限。

2.分布中心与公差中心不重合的情况

公式(7－2)是在要求分布中心与公差中心重合的前提下得到的。当分布中心与公差中心有偏离时，如图7－8所示，应对Cp进行修正，修正办法是乘以一个修正值K。

式中　K——修正值;

　　　M——公差范围中心值;

　　　——实际尺寸分布范围的中心值;

　　　ε——分布中心与公差中心的绝对偏移量;

　　　Cpk——修正后的工序能力指数。

图7－8　分布中心与公差中心不重合的情况示意图

(四)过程能力评价

过程能力评价就是指出过程能力应该取什么样的数值才合理。确定合理过程能力指数的基本准则是在满足技术要求的前提下，使加工成本越低越好。

从公式(7－1)可以看出，在公差一定的情况下，过高的Cp值意味着σ很小，则加工成本必然很高，会出现粗活细作。但Cp值太低说明σ很大，则过程所生产的产品质量波动大，必然满足不了技术要求。因此，Cp值的大小为验证工艺和修改设计提供了科学依据，使公差取值更为合理。过程能力值的取值及判断具体如表7－4所示。从我国大多数企业的实际情况来看，一般Cp值在1～1.33之间比较适宜。

表7－4　工序能力评价与判断

【例7－4】某工序加工的零件尺寸要求为Φ20mm±0.023mm，现经随机抽样，测得样本平均值= 19.997mm，标准偏差S= 0.007mm。试求Cpk。

Cpk=Cp(1－K)= 1.095(1－0.130)≈0.953

二、过程能力调查与直方图法

过程能力是保证与提高产品质量的重要因素，能综合地、定量地反映过程质量因素的状态。因此，进行过程质量控制，就必须了解和掌握过程能力的状况，测算过程能力指数。通常将了解和掌握过程能力状况的活动称为过程能力调查。

过程能力调查能及时掌握加工设备和工序过程的质量状态，其作用主要有:通过工序标准化，消除工序中的异常因素，发现和解决质量问题，经济合理地选择和确定工艺标准和操作标准。正确计算和确定过程能力，不仅是对工序过程能否保证质量的一种评定，而且也是经济合理地进行产品设计和工艺验证的有力措施。过程能力调查常用的方法有直方图法和控制图法。

【例7－5】某厂测量钢板厚度，尺寸按标准要求为6mm，现从生产批量中抽取100个样本进行测量，数据如表7－5所示，作出的频数分布表如表7－6所示，画出的直方图如图7－9所示。

表7－5　钢板厚度数据表

(注:黑体代表最大或最小数据)

表7－6　频数分布表

续表

图7－9　钢板厚度直方图

三、工序质量控制图

(一)基本原理

在一个工序上按照某一产品规格加工出来的一批产品，其质量(特性值)不会完全相同，产品之间总是或多或少存在着质量上的差别。造成质量特性值波动的原因是由于材料、方法、设备、测量、操作者和环境这6个因素的变异。当生产过程处于控制状态时，误差的大小和方向的变化是随机的，并呈现出一种规律性分布(如正态分布)。当处于失控状态时，误差的大小和方向或保持不变，或按一定规律变化。

基于制造过程诸因素处于控制状态和失控状态下，其质量特性值波动的原因、波动的大小和统计分布是不相同的。以控制状态下的质量特性值变化的统计分布为基础，确定控制界限。当测得的质量特性值超过控制界限，说明制造过程失去控制，有系统原因存在。这时就应该找到原因恢复正常，并采取措施消除系统原因，使制造过程处于控制状态。

控制图基本上分为两大类:计量值(尺寸、重量等可以测量的连续性数值)控制图和计数值(如不合格品数、缺陷数等离散值)控制图。属于计量值控制图的有单值控制图、平均值和极差控制图、中位数和极差控制图等。属于计数值的控制图有不合格品率控制图(P控制图)、不合格品数控制图(Pn控制图)、缺陷数控制图(C控制图)和单位缺陷数控制图(u控制图)等。本书因篇幅关系，仅介绍平均值和极差控制图(－R)。

(二)控制图的作法

这里仅讨论(－R)图的作法，其他控制图的作法大同小异。

－R图是建立在正态分布基础上的。它由平均数控制图和极差控制图组成，前者用来观察分布平均值的变化，后者用来观察分布分散情况的变化。

作图步骤:

(1)收集数据。应注意必须在相应条件下随机取样，样本大小通常取4～5个，数据最好在100个以上。

(2)用公式(7－5)计算各组平均值和总平均值。

式中　——小组平均值;

　——总体平均值。

(3)计算各小组极差和极差平均值。其中，小组极差=组内最大值－组内最小值;极差平均值用公式(7－6)求得。

(4)由公式(7－7)、公式(7－8)计算中心线和控制界限。

X图:

R图:

式中　A2，D4——由样本大小n确定的系数，可由表7－7查得。

(5)画出控制界限。在普通坐标纸或控制图专用纸上绘制控制图，图在上方，R图在下方。横轴表示样本序号，纵轴表示或值。中心线用实线(——)表示;分析用控制图的界限常用(-----)表示;管理用控制图的界限常用(—·—)表示。

在控制界限的右方记入相应的UCL、CL、LCL符号与数值，在上控制界限外的左上侧记入n的数值。

表7－7　控制图用系数

(6)打点。把各组的和R值变成点子记入相应的和R图中。一般的点子常用圆实点(·)表示;R点子常用叉号(×)表示。然后用折线将点子连起来。对超出控制界限的样本点要进行分析，若是系统原因引起的要加以剔除。然后利用剩余的样本统计量重新修正控制界限。

【例7－6】某厂制作1879个线圈，其阻抗值的质量要求为(15±2)Ω。今从其制造过程中，按时间顺序随机抽取n= 5的20组样本，测得其阻抗值如表7－8所示。画出－R控制图。

表7－8　线圈阻抗值数据表

续表

解:(1)搜集数据。从工序中每日定时搜集100数据，记入表7－8中。

(2)计算小组平均值≈15.12

(3)计算总体平均值≈15.033

(4)计算总体极差:= 2.605

(5)计算控制界限:

图:

CL= 15.033

UCL= 15.033+ 0.577×2.605≈16.536

LCL= 15.033－0.577×2.605≈13.530

R图:

CL== 2.605

UCL= D4= 2.115×2.605= 5.510

LCL为负值，无意义。

(6)画出控制界限和打点，如图7－10所示。

(三)控制图的分析与判断

用控制图识别生产过程的状态，主要是根据样本数据形成的样本点位置以及变化趋势进行分析和判断。

图7－10　－R控制图

1.受控状态

如图7－10所示，如果控制图上所有的点都在控制界限以内，而且排列正常，说明生产过程处于统计控制状态。这时生产过程只受偶然性因素影响，在控制图上的正常表现为:

(1)所有样本点都在控制界限之内。

(2)样本点均匀分布，位于中线两侧的样本点约各占1/2。

(3)靠近中心线的样本点约占2/3。

(4)靠近控制界限的样本点极少。

2.失控状态

生产过程处于失控状态的明显特征是有一部分样本点超出控制界限。除此之处，如果没有样本点出界，但样本点排列和分布异常，也说明生产过程状态失控。典型失控状态有以下几种情况:

(1)连续7点或7点以上出现在中心线一侧。

(2)连续11点至少有10点出现在中心线一侧。

(3)连续14点至少有12点出现在中心线一侧。

(4)连续3点中有2点落在警戒区内。

(5)连续点中有3点落在警戒区内。

思考题

1.全面质量管理的含义及基本要求是什么?

2.何谓质量认证?质量认证有哪两类?

3.何谓过程控制?过程控制要解决哪两个基本问题?

4.说明PDCA循环的工作程序、步骤和特点。

5.什么是工序能力、工序能力系数?如何用工序能力系数来判断工序能力?

6.某柴油机厂，1991年对120台耗油率高的柴油机进行拆机检查，发现耗油率高的原因如下表。绘制排列图，并找到A类因素。

7.某机械厂制造推土机的销子，销子的尺寸要求为24.5mm－0.05mm到24.5mm－0.02mm，通过随机抽样，计算出样本均值X= 24.465mm，标准差S= 0.006 5mm。求偏移系数K及工序能力系数Cpk各为多少?