某台资咨询公司SPC教材-製程能力分析

製程能力分析何謂製程能力製程能力是指「各種能力均標準化，製程在管制狀態下所呈現之質與量的能力」。故製程能力可以產量、效率表示，也可以成品、半成品、零件等之品質特性來表示，也可以不良率或缺點數來表示。製程能力可為一部機器或一設備在一定條件下操作的能力，前者一般稱為「機器能力」，可為一項預定的產品之全部製程，包括人、材料機器及方法在長時間內所程現的能力。前者一般稱為「機器能力」，而後者則稱為「綜合製造能力」，後者經常包括了工具損耗之正長影響，材料的微些變化及其它的微小變化。在此我們所討論之製程能力即以後者為主。製程能力與規格當考量製程績效之前，必須先討論兩個重要的問題：1.製程是否有維持良好”統計管制狀態”的能力。2.是否具有產出符合工程規格零件的製程能力。只有當製程處於”統計管制狀態”下，估計製程能力才合理，因為當製程處於”統計管制狀態”下，製程沒有可歸咎的非自然因素存在，此時才可以顯示製程真正的變異。此部份已於管制圖介紹中詳細介紹過。製程是否具有產出符合工程規格零件的能力，在於製程變異範圍是否介於工程規格之內，一邊而言可能有下列三種情況：1.製程變異小於規格間差異。2.製程變異等於規格間差異。3.製程變異大於規格間差異。第一種情況：6＜USL－LSL當製程變異(6)小於規格間之差(USL－LSL)時，這是最理想情況，如圖個別值分布A和規格的關係最佳，因為規格比製程變異大很多，即使製程平均值有很大的移動，也不易超出規格界線；分佈B的變異比分佈A大，但所有個別值仍在規格之內分佈C所顯示的變異更大，但仍在規格之內。此種情形具有經濟上的利益，因為即使超出管制界線，如分佈B和C，也布置產生不良品，所以不必時常調整機器或尋找非自然因素。第二種情況：6＝USL－LSL如圖，製程變異或製程能力等於規格間的差。如果製程的次數分佈與A相同則有99.74%的產品符合規格；但是當製程平均移動時(如分佈B)或變異增大時(如分佈C)，則不良率可能遠大於0.06%。只有分佈A的是處於統計管制內，不良品的發生率在可接受的範圍之內，可是一但發生非自然因素的變異，需立即加以矯正。第三種情況：6＜USL－LSL當製程變異或製程能力大於規格間之差時，表示製程處於非常不理想的情況中，即使是自然型態的變異，如圖上次數分佈A，超出規格的上下限的不良率在不可接受的範圍內；換句話說，製程沒有製造符合規格產品的能力。製程能力分析美國品質協會對製程能力的定義為：「對一指定特性的固有製程變異性(InherentProcessVariability)的統計量測」。在討論製程能力指標之前，我們必須假設製程產出是一個常態分配，且處於統計管制之下。這個目的是將非自然因素去除後，決定製程的固有變異性。這個假設可以經由長條圖﹑統計檢定或Chi-squared檢定來證明之。製程能力指標的好處之一是它提供一個簡單易懂的製程整體表現量測標準，此標準是依據製程達成規格要求為基準。以下介紹的能力指標都是純數字的，不會因為不同的測量單位而有所不同。所謂製程能力分析又稱為製程能力研究，是利用管制圖、次數分配圖及其它統計方法以決定製程能力的一種系統性工作，這種工作包括下列步驟1.確定能代表製程能力的品質特性。2.由製程抽取樣本測定其特定性值普通需收集100至250個數據。3.點繪出的形態，計算其平均值與標準差(利用次數分配圖)。4.解釋此種形態，發掘異常現象，確定在經濟上是否值得採取措施。5.對異常現象採取措施。這些步驟可以循環使用，直到獲得滿意的製程，此時的製程能力才是真正的製程能力。製程能力分析之用途製程能力分析之用途，約可分為下列幾點：:1.提供資料給設計部門，使其能盡量利用目前之工程能力，以設計新產品。2.決定一項新設備或翻修的設備能否滿足要求。3.利用機械之能力安排適當工作，使其得到最佳應用。4.選擇適當的作業員材料與作業方法。5.製程能力較公差為窄時，用於建立經濟管制界限。6.製程能力較公差為寬時，可設定一適當的中心值來獲得最經濟的生產。7.用於建立機器之調整界限。製程能力指標製程能力指標的好處之一是它提供一個簡單易懂的製程整體表現量測標準，此標準是依據製程達成規格要求為基準。以下介紹的能力指標都是純數字的，不會因為不同的測量單位而有所不同。(processcapacityratio,製程能力比)指標：製程能力比(ProcessCapacityRatio,PCR)或稱指標是最常被拿來測量製程是否合乎規格的指標。指標是利用製程產出範圍(上下自然允差界限之差)與上下規格界限之差的比值。PCR或=(USL,LSL分別是上下規格界限，是標準差)通常無法得知，可以利用在管制圖中介紹用來估計的值取代，=。如果管制圖的標準差s已知，=是另一個的估計方法，是各組抽樣標準差的平均。當製程處於規格界限的中心位置，此時製程產出的不合格率會最低，下表之圖一顯示的是處於規格界限中心製程能力相當好(1)的情況，這是現場主管一致的目標。當製程產出範圍與上下規格界限之差相同時，=1，此時製程勉強稱為有能力的製程，因為如果製程分配為常態且恰好位於規格界限的中央，會有0.26%的產品會落在規格界限之外。值只能代表製程潛力，因為即使1，一旦製程分配偏離規格界限中心，仍有可能出現不良品。下表是的三個例子：狀況Ⅰ＞1.00＝狀況Ⅱ＝1.00＝狀況Ⅲ＜1.00＝上下製程能力指標假設只有上或下規格界限，則指標需經由製程平均數到上或下規格界限與自然允差來計算，上下製程能力指標公式如下：CPU=CPL=上下製程能力指標在評估規格界限與製程績效非常有用，而且在決定製程參數設定(如)或製程參數條件(如)很有幫助。(processperformance,製程績效)指標從前面的介紹知道指標與產品品質特徵值的平均值並無關係，從的介紹中也知道，製程變異並非影響產品的唯一因素，製程平均會影響產品合格的程度，當製程平均不處於上下規格界限的中央，值計算如下：=Min{}Min{CPU,CPL}從公式可知值是取製程平均的到上下規格界限差與3的比值，所以值是愈大愈好，至少1。下圖是一個品值特徵值X的分配不合格的情形(1)，但是製程變異度(6δ)卻比規格界限還小，表示製程很有機會符合規格，只是製程平均μ太靠近右規格界限，使μ到LSL的距離大於3δ而有部份的產品會落於規格界限之外，此種情形的解決方法是將μ儘量拉近m(規格界限的中央值)，可使所有的產品都在規格界限之內。除了前面介紹的計算方法，接下來在看另一種利用製程平均數與規格界線中點偏差的計算方法。假設規格全距的中點m，則。則製程平均數與最適點(即中點m)之間的距離為，則尺度距離k為：當上式中以取代，則可得到k的估計值。其它製程能力研究方法（1）管制圖解析用管制圖的主要目的就是製程能力分析。利用管制圖一方面可以調查各時間的品質變化情形，研究品質趨勢，同時可以和規格比較，但叫不易看出分配的型態，因此在使用時最好與直方圖並用。當管制圖上之不正常現象之原因被找出來並且消除，製程顯示穩定時可由管制圖計算製程能力，在圖的場合，製程平均值以管制之平均值表示，分散寬度則以6表示。（2）直方圖由製程搜集數據100~250個，先作成次數分配表，再畫直方圖，調查一下有無離島、絕壁、雙峰等現象，有則查明原因且去除該等數據，此時直方圖的分散寬度表示製程能力。利用直方圖進行工程能力研究時，容易看出分配的形態，易與規格比較，易於計算製程能力數值，但不易看出品質的時間變化趨勢。邁向6σ品質與國際標準緒論Motorola公司在1970年代中期到年代中期的十年間，由於品質競爭失利，節節敗退。彩色電視機廠在1974年關閉，音響廠在1980年停業，電腦記憶晶片也在1985年向日本廠商降服，眼看就要倒閉了。當時該公司董事長一面向美國政府要求保護，一方面提出高品質策略全面向6σ品質邁進，使生產線不良率降低至ＰＰＭ水準。終於其無線呼叫器在日本市場大獲全勝，成為美國公司起死回生的典範。其重返競技場的力量即為高品質的產品與服務，1988年該公司獲得第一屆美國品質獎(TheFirstAnnualMalcolmBealdrigeNationalQualityAward)。品質大敵-品質變異萬物皆有變化，工業產品也隨時伴有差異，同種產品間功能或尺寸的差異被稱之為變異（Variation）。變異小不影響顧客的滿意程度或後緒工程的作業，是可以容許的。一旦變異影響客戶的滿意程度，那麼變異就成了品質的大敵了。在Motorola有句口號：VariationistheEnemyofCustomerSatisfaction。具有連續性的品質特性，在製程正常時會呈常態分配，由常態分配可算出超出規格的不良率。在農業時代或輕工業時代，產品特性只要有99%良好，就很好了。可是現今的工業產品複雜無比，如用99%良品率的來裝配噴射客機，那麼恐怕沒有一架飛機飛得起來。道理很簡單，如果那架飛機用了10,000個零件，每個都是99%良品率，那麼總成的良品率為：式中之為總成之良品率，為零件良品率。結果總良品率幾近於零。所以要製造飛機，除了設計能力外，零件工業的力量是很重要的。何謂6個標準差品質?一個公司的產品品質是這家公司整個營運的結果，影響的因素很多，錯綜複雜。Motorola公司用6σ品質標出其目標，使複雜的問題變的容易了解。在Motorola，6σ品質水準的意義如下：1.3.4PPM(不良率或缺點數為百萬分之三點四)2.99.99966%產品為無缺點。3.提供一個與競爭者比較的基準，為TQM提供一個衡量的基準。4.可以瞭解距離無缺點有多遠。Motorola公司認為數據是滿足顧客的關鍵，他們常說：1.如果不能用Data表示我們所知的，那麼我們對它所知不多(Ifwecannotexpresswhatweknowinnumbers,wedon'tknowmuchaboutit)2.如果對它所知不多，又怎樣控制它(Ifwedon'tknowmuchaboutit,wecannotcontrolit)3.如果我們不能控制它，那只有靠運氣了(Ifwecannotcontrolit,weareatthemercyofchance)為何6σ品質吸引我們6σ品質已經吸引很多公司，特別是半導體工業及電子工業，其理由如下：1.6σ品質提供了一個比較複雜的產品或服務的基準。2.利用6σ品質可以測度自己公司和競爭者之間的品質差距。3.顯示邁向無缺點的進展。4.為各部門提供一個明確的目標。Motorola公司在1992要求它所有供應商提出達成6σ品質的期限，並在1992年要求他所有供應商提出達成品質的期限，並在1995年申請美國品質獎(MalcolmBaldrigeAward)，為整個企業體系確立了一個明確的目標。邁向六個標準差的六個步驟從1980年代Motorola公司利用六個標準品質策略以提昇全面品質水準以來，該公司將，SPC、問題解決(Problemsolving)、連續改善實驗計畫直交設計(TaguchiMethod)等合在一起，擬出六個達成六標準差品質的步驟：Step1：確定滿足顧客要求或法令規章要求之重要品質特性使用工具：市場要求規格(MarketingRequirementsSpecification，MRS)Step2：決定達成這些重要品質特性的特定產品要素（如零件組模組等）。使用工具：a.特性要因圖(CauseandEffectDiagrams)b.樹型分析(SuccessTreeandFaultTreeAnalysis)c.組件搜尋(ComponentSearch)d.因子及部分因子實驗法(FullandFractional)e.電腦模擬(Computer-AidedSimulation)f.失敗模式效應及重要度分析(FailureModeEffectsandCriticalityAnalysis，FMECA)Step3：根據產品要素決定控制每一重要特性之製造步驟或選擇，這一步驟有下列三重項目的：以訂出生產步驟2所列之產品要素之生產精確方法。以決定這些產品要素是自製或外購。以確定