制程能力分析概述

1、 制程能力分析何谓制程能力制程能力是指各种能力均标准化，制程在管制状态下所呈现之质与量的能力。故制程能力可以产量、效率表示，也可以成品、半成品、零件等之质量特性来表示，也可以不良率或缺点数来表示。制程能力可为一部机器或一设备在一定条件下操作的能力，前者一般称为机器能力，可为一项预定的产品之全部制程，包括人、材料机器及方法在长时间内所程现的能力。前者一般称为机器能力，而后者则称为综合制造能力，后者经常包括了工具损耗之正长影响，材料的微些变化及其它的微小变化。在此我们所讨论之制程能力即以后者为主。制程能力与规格当考虑制程绩效之前，必须先讨论两个重要的问题：1. 制程是否有维持良好”统计管制状态”的能力。 2. 是否具有产出符合工程规格零件的制程能力。 只有当制程处于”统计管制状态”下，估计制程能力才合理，因为当制程处于”统计管制状态”下，制程没有可归咎的非自然因素存在，此时才可以显示制程真正的变异。此部份已于管制图介绍中详细介绍过。制程是否具有产出符合工程规格零件的能力，在于制程变异范围是否介于工程规格之内，一边而言可能有下列三种情况：1. 制程变异小于规格间差异。 2. 制程变异等于规格

2、间差异。 3. 制程变异大于规格间差异。 第一种情况：6USLLSL当制程变异(6)小于规格间之差(USLLSL)时，这是最理想情况，如图个别值分布A和规格的关系最佳，因为规格比制程变异大很多，即使制程平均值有很大的移动，也不易超出规格界线；分布B的变异比分布A大，但所有个别值仍在规格之内分布C所显示的变异更大，但仍在规格之内。此种情形具有经济上的利益，因为即使超出管制界线，如分布B和C，也布置产生不良品，所以不必时常调整机器或寻找非自然因素。第二种情况：6USLLSL如图，制程变异或制程能力等于规格间的差。如果制程的次数分布与A相同则有99.74%的产品符合规格；但是当制程平均移动时(如分布B)或变异增大时(如分布C)，则不良率可能远大于0.06%。只有分布A的是处于统计管制内，不良品的发生率在可接受的范围之内，可是一但发生非自然因素的变异，需立即加以矫正。第三种情况：6USLLSL当制程变异或制程能力大于规格间之差时，表示制程处于非常不理想的情况中，即使是自然型态的变异，如图上次数分布A，超出规格的上下限的不良率在不可接受的范围内；换句话说，制程没有制造符合规格产品的能力。制程能力

3、分析美国质量协会对制程能力的定义为：对一指定特性的固有制程变异性(Inherent Process Variability)的统计量测。在讨论制程能力指标之前，我们必须假设制程产出是一个常态分配，且处于统计管制之下。这个目的是将非自然因素去除后，决定制程的固有变异性。这个假设可以经由长条图统计检定或Chi-squared检定来证明之。制程能力指标的好处之一是它提供一个简单易懂的制程整体表现量测标准，此标准是依据制程达成规格要求为基准。以下介绍的能力指针都是纯数字的，不会因为不同的测量单位而有所不同。所谓制程能力分析又称为制程能力研究，是利用管制图、次数分配图及其它统计方法以决定制程能力的一种系统性工作，这种工作包括下列步骤1. 确定能代表制程能力的质量特性。 2. 由制程抽取样本测定其特定性值普通需收集100至250个数据。 3. 点绘出的形态，计算其平均值与标准差(利用次数分配图) 。 4. 解释此种形态，发掘异常现象，确定在经济上是否值得采取措施。 5. 对异常现象采取措施。 这些步骤可以循环使用，直到获得满意的制程，此时的制程能力才是真正的制程能力。制程能力分析之用途制程能力分析

4、之用途，约可分为下列几点：:1. 提供数据给设计部门，使其能尽量利用目前之工程能力，以设计新产品。 2. 决定一项新设备或翻修的设备能否满足要求。 3. 利用机械之能力安排适当工作，使其得到最佳应用。 4. 选择适当的作业员材料与作业方法。 5. 制程能力较公差为窄时，用于建立经济管制界限。 6. 制程能力较公差为宽时，可设定一适当的中心值来获得最经济的生产。 7. 用于建立机器之调整界限。 制程能力指标制程能力指标的好处之一是它提供一个简单易懂的制程整体表现量测标准，此标准是依据制程达成规格要求为基准。以下介绍的能力指针都是纯数字的，不会因为不同的测量单位而有所不同。(process capacity ratio, 制程能力比 )指标：制程能力比(Process Capacity Ratio, PCR)或称指标是最常被拿来测量制程是否合乎规格的指针。指标是利用制程产出范围(上下自然允差界限之差)与上下规格界限之差的比值。PCR或=(USL,LSL分别是上下规格界限，是标准差)通常无法得知，可以利用在管制图中介绍用来估计的值取代，=。如果管制图的标准差s已知，=是另一个的估计方法，是各

5、组抽样标准差的平均。当制程处于规格界限的中心位置，此时制程产出的不合格率会最低，下表之图一显示的是处于规格界限中心制程能力相当好(1)的情况，这是现场主管一致的目标。当制程产出范围与上下规格界限之差相同时，=1，此时制程勉强称为有能力的制程，因为如果制程分配为常态且恰好位于规格界限的中央，会有0.26%的产品会落在规格界限之外。值只能代表制程潜力，因为即使1，一旦制程分配偏离规格界限中心，仍有可能出现不良品。下表是的三个例子：状况 1.00 状况 1.00 状况 1.00 上下制程能力指标假设只有上或下规格界限，则指针需经由制程平均数到上或下规格界限与自然允差来计算，上下制程能力指标公式如下：CPU=CPL=上下制程能力指针在评估规格界限与制程绩效非常有用，而且在决定制程参数设定(如)或制程参数条件(如)很有帮助。(process performance, 制程绩效)指标从前面的介绍知道指针与产品质量特征值的平均值并无关系，从的介绍中也知道，制程变异并非影响产品的唯一因素，制程平均会影响产品合格的程度，当制程平均不处于上下规格界限的中央，值计算如下：=MinMinCPU, CPL从公式

6、可知值是取制程平均的到上下规格界限差与3的比值，所以值是愈大愈好，至少 1。下图是一个品值特征值X的分配不合格的情形(1)，但是制程变异度(6)却比规格界限还小，表示制程很有机会符合规格，只是制程平均太靠近右规格界限，使到LSL的距离大于3而有部份的产品会落于规格界限之外，此种情形的解决方法是将尽量拉近m(规格界限的中央值)，可使所有的产品都在规格界限之内。除了前面介绍的计算方法，接下来在看另一种利用制程平均数与规格界线中点偏差的计算方法。假设规格全距的中点m，则。则制程平均数与最适点(即中点m)之间的距离为，则尺度距离k为：当上式中以取代，则可得到k的估计值。其它制程能力研究方法（1）管制图解析用管制图的主要目的就是制程能力分析。利用管制图一方面可以调查各时间的质量变化情形，研究质量趋势，同时可以和规格比较，但叫不易看出分配的型态，因此在使用时最好与直方图并用。当管制图上之不正常现象之原因被找出来并且消除，制程显示稳定时可由管制图计算制程能力，在图的场合，制程平均值以管制之平均值表示，分散宽度则以6表示。（2）直方图由制程搜集数据100250个，先作成次数分配表，再画直方图，调查一下

7、有无离岛、绝壁、双峰等现象，有则查明原因且去除该等数据，此时直方图的分散宽度表示制程能力。利用直方图进行工程能力研究时，容易看出分配的形态，易与规格比较，易于计算制程能力数值，但不易看出质量的时间变化趋势。迈向6质量与国际标准绪论Motorola公司在1970年代中期到年代中期的十年间，由于质量竞争失利，节节败退。彩色电视机厂在1974年关闭，音响厂在1980年停业，计算机记忆芯片也在1985年向日本厂商降服，眼看就要倒闭了。当时该公司董事长一面向美国政府要求保护，一方面提出高质量策略全面向6质量迈进，使生产线不良率降低至水平。终于其无线呼叫器在日本市场大获全胜，成为美国公司起死回生的典范。其重返竞技场的力量即为高质量的产品与服务，1988年该公司获得第一届美国质量奖(The First Annual Malcolm Bealdrige National Quality Award)。质量大敌-质量变异万物皆有变化，工业产品也随时伴有差异，同种产品间功能或尺寸的差异被称之为变异（Variation）。变异小不影响顾客的满意程度或后绪工程的作业，是可以容许的。一旦变异影响客户的满意程度，

8、那么变异就成了质量的大敌了。在Motorola有句口号：Variation is the Enemy of Customer Satisfaction。具有连续性的质量特性，在制程正常时会呈常态分配，由常态分配可算出超出规格的不良率。在农业时代或轻工业时代，产品特性只要有99%良好，就很好了。可是现今的工业产品复杂无比，如用99%良品率的来装配喷射客机，那么恐怕没有一架飞机飞得起来。道理很简单，如果那架飞机用了10,000个零件，每个都是99%良品率，那么总成的良品率为：式中之为总成之良品率，为零件良品率。结果总良品率几近于零。所以要制造飞机，除了设计能力外，零件工业的力量是很重要的。何谓6个标准差质量?一个公司的产品质量是这家公司整个营运的结果，影响的因素很多，错综复杂。Motorola公司用6质量标出其目标，使复杂的问题变的容易了解。在Motorola，6质量水平的意义如下：1. 3.4PPM(不良率或缺点数为百万分之三点四)2. 99.99966%产品为无缺点。3. 提供一个与竞争者比较的基准，为TQM提供一个衡量的基准。 4. 可以了解距离无缺点有多远。 Motorola公司认

9、为数据是满足顾客的关键，他们常说：1. 如果不能用Data表示我们所知的，那么我们对它所知不多(If we cannot express what we know in numbers, we dont know much about it)2. 如果对它所知不多，又怎样控制它(If we dont know much about it, we cannot control it)3. 如果我们不能控制它，那只有靠运气了(If we cannot control it, we are at the mercy of chance)为何6质量吸引我们6质量已经吸引很多公司，特别是半导体工业及电子工业，其理由如下：1. 6质量提供了一个比较复杂的产品或服务的基准。2. 利用6质量可以测度自己公司和竞争者之间的质量差距。3. 显示迈向无缺点的进展。4. 为各部门提供一个明确的目标。Motorola公司在1992要求它所有供货商提出达成6质量的期限，并在1992年要求他所有供货商提出达成质量的期限，并在1995年申请美国质量奖(Malcolm Baldrige Award) ，为整个企业体系确立了一个明确的目标。迈向六个标准差的六个步骤从1980年代Motorola公司利用六个标准质量策略以提升全面质量水平以来，该公司将，SPC、问题解决(Problem solving)、连续改善实验计划直交设计(Taguchi Method)等合在一起，拟出六个达成六标准差质量的步骤：Step1：确定满足顾客要求或法令规章要求之重要质量特性使用工具：市场要求规格(Marketing R

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