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在AIAG的SPC手册中,介绍了4种可以用于计数型数据的控制图,这4种控制图的控制限分别如下所示(假设子组容量n固定):

p控制图: $\bar{p}\pm3 \sqrt{\bar{p}(1-\bar{p})/n}$

np控制图: $n\bar{p}\pm3 \sqrt{n\bar{p}(1-\bar{p})/n}$

u控制图:

c控制图:

需要注意的是上面的公式中,$\bar{p}$ ,$n\bar{p}$ ,$\bar{u}$ 和$\bar{c}$ 标准差是基于二项分布或泊松分布,而不是正态分布得到的,这个是计数型与计量型控制图在计算标准差时的一个重要差别。这篇文章来解释一下这个问题。

p和pn的标准差是基于二项分布得到的。要了解二项分布是怎么回事,先来看一个例子:假设某个袋子里装着100只球,有30只红色,70只黑色。现在从袋子里面拿球出来,每次拿出来后需要把它放回去,那么取20次的话,刚好取出5次红球的概率是多少?这个概率可以由下面的公式计算:

计数型控制图的选择。

 

AIAG的SPC手册中介绍了4种计量型控制图:p控制图,np控制图,u控制图,c控制图。而用到计数型控制图的情况可以归类为两种:

1) 一种是需要把被测量对象归类,例如合格/不合格,一等品/二等品/次品,bin 1/bin 2/bin 3...等等,

2) 另一种是需要对被测量对象计数,例如产品上存在多少个缺陷,一年发生多少次火灾...等等

下面分别来讨论下这两种情况应如何选择控制图。

 

需要把测量对象归类的情况

这一类控制图常见的情况有两种

1)需要监控子组样本中不合格品产品的数量,例如每次抽检100个产品,统计该子组中有多少个不合格品,将不合格品的数量绘制在控制图中。这个时候应该选择np控制图

2)需要监控子组样本中产品的不合格率,例如每次抽检100个产品,统计该子组中有多少个不合格品,将不合格品的比例绘制在控制图中。这个时候应该选择p控制图。

在SPC手册中有提到使用以上两种控制图时,都要求子组中不合格品的数量 比较小,因为只有在这个条件下,样本中的不合格率或不合格品数量才可以用正态分布来近似,本文最下面公式1和2中的控制限才成立。所以当不合格率比较低时,使用p图或np图时样本容量需要足够大,如果无法得到足够大的样本,则不应该使用这两类控制图。

注:以上的讨论是基于产品分为合格/不合格两类的情况。而当需要把产品分成n( )个类别时,应按照上面的要求对其中的n-1个类别都分别建立控制限,任何一个类别的控制图出现异常的时候,都应该采取措施以消除特殊原因。

 

需要对测量对象计数的情况

这一类控制图常见的情况有两种

1) 需要监控子组样本中缺陷的数量,例如每次抽检一个产品,统计该产品上的缺陷总数,将每次抽样的样品的缺陷总数绘制在控制图中。这个时候应该选择c控制图。

2)需要监控子组样本中缺陷的密度,例如每次抽检一个产品,统计单位面积上的缺陷数量,将每次抽样的样品的缺陷密度绘制在控制图中。这个时候应该选择u控制图。

在SPC手册中有提到使用以上两种控制图时,都要求缺陷数为0的样本数量比较小,因为只有在这个条件下,样本的缺陷总数或缺陷密度才可以用正态分布近似,下面公式3和4中的控制限才成立。所以当多数产品的缺陷数为0的时候,不应该选用这两类控制图。

控制图最初是由Walter Shewhart发明的。它的目的是为了识别过程中可能存在的特殊原因。这包括了两个方面的意思:

1) 当过程不存在特殊原因时,控制图能准确识别出过程不存在特殊原因,而不会产生误报。

2) 当过程存在特殊原因时,控制图能准确识别出特殊原因的存在,而不会产生漏报。


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