过程能力和过程能力指数

第四节　过程能力和过程能力指数

一、过程能力

过程能力(Process Capability)又称做工序能力，是指处于稳定状态下的过程(或工序)实际的加工能力，它是衡量过程加工内在一致性的标准。

过程能力的测定一般是在成批生产状态下进行的，过程满足产品质量要求的能力主要表现在以下两个方面:

(1)产品质量是否稳定。

(2)产品质量精度是否足够。

因此，在确认过程能力可以满足精度要求的条件下，它是以该过程产品质量特性值的变异或波动来表示的。产品质量的变异可以用频数分布表、直方图、分布的定量值以及分布曲线来描述。在稳定生产状态下，影响过程能力的偶然因素的综合结果近似地服从正态分布。为了便于过程能力的量化，可以用3σ原理来确定其分布范围:当分布范围取为μ±3σ时，产品质量合格的概率可达99.73%，接近于1。因此以±3σ，即6σ为标准来衡量过程的能力是具有足够的精确度和良好经济特性的。所以在实际计算中就用6σ的波动范围来定量描述过程能力。

过程能力为B，则B=6σ。

二、过程能力指数

过程能力指数表示过程能力满足产品技术标准的程度。技术标准是指加工过程中产品必须达到的质量要求，通常用标准差、公差(容差)、允许范围等来衡量，一般用符号T表示。质量标准(T)与过程能力(B)之比值，称为过程能力指数，记为C_p。

过程能力指数C_p值，是衡量过程能力满足产品技术要求程度的指标，过程能力指数越大，说明过程能力越能满足技术要求，甚至有一定的能力贮备。但是不能认为过程能力指数越大，加工精度就越高或技术要求越低。

(1)过程无偏时双向公差过程能力指数

(2)过程有偏时双向公差过程能力指数

引用偏移系数，则有

(3)单侧公差过程能力指数

若只有公差上限，则过程能力指数计算如下:

若只有公差下限，则过程能力指数计算如下:

三、C_p与C_pk的比较

无偏情况下的C_p表示过程加工的一致性，即“质量能力”，C_p越大，则质量特性值的分布“越苗条”，质量能力越强；而有偏情况的C_pk表示过程中心μ与中心T_m偏移情况下的过程能力指数，C_pk越大，则二者偏离越小，也即过程分布中心对规范中心越“瞄准”，是过程的“质量能力”与“管理能力”二者综合的结果。

四、过程能力指数和不合格率的关系

(1)无偏时C_p和不合格率p的关系

设p_u=p_L分别为超出规范上、下界限的不合格率，于是总的不合格率为

p=p_U+p_L=2p_L

故:　　　　　　p=2p_L=2Φ(－3C_p)

(2)有偏移过程能力指数C_pk、偏移度K和不合格率p之间的关系

当分布中心向规范上限T_U偏移时:

同理，可得:

于是总不合品率p=p_U+p_L=2－Φ(3C_p(1－K))－Φ(3C_p(1+K))

当K较大时，p_L接近于零，可略去，故

p≈p_U=1－Φ(3C_p(1－K))

五、过程能力分析、评价与处置

计算出的过程能力指数C_p或C_pk客观、定量地反映了过程能力满足技术要求的程度，也就是可以衡量生产过程的质量水平。我们可以根据过程能力指数的大小来对过程能力进行分析与评价。所谓对过程能力的分析与评价，就是判断C_p或C_pk多大才能使工序质量满足设计质量要求。根据过程能力的指数大小及其不合格品率的大小，可将其分为五个等级，过程能力分级及相应的处置措施如表4-7所示。此表对C_pk、C_pL和C_pU也适用。当工序有偏移时相应的处置措施如表4-7所示。

表4-7　过程能力分析与处置

(1)过程能力指数过大处置措施。当C_p≥1.67时，可以认为过程能力贮备过大。过程能力指数太大意味着粗活细做，这样必然影响生产效率，增加产品成本。这时，可适当地降低过程能力，如改用精度低、效率高、成本低、技术要求低的设备、工艺技术和原材料，把过程能力降低到经济合理的程度，更改设计，提高技术要求；采取合并或分解工序等。

(2)过程能力指数过小处置措施。过程能力指数过小意味着产品质量水平低，Ⅲ级加工或Ⅳ级加工属于这种情况。这时，要立即停止加工，采取措施，提高设备精度，改革制造工艺，改善原材料质量，提高加工性能，使过程能力适当地提高；若设计上允许，可降低技术要求，即放松公差的办法进行处置。实际工作中，过程能力不足时，一般通过全检后剔除不合格品，或施行分级筛选来提高产品质量。

(3)过程能力指数适宜，一般指Ⅱ级加工。此时，应进行工序控制，使生产过程处于受控或稳定状态，从而保证加工质量。