什么是CPK？看这篇就够了

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CPK（过程能力指数）是衡量生产过程稳定性和产品质量的重要指标。在制造业中，通过CPK分析可以预测制造过程是否能够稳定地生产符合规格的产品，从而帮助企业在生产过程中进行质量控制和改进。本文将从基本概念、计算方法、实际应用等多个方面，全面介绍CPK的相关知识。

什么是过程能力分析？

过程能力研究利用生产过程中初始一批产品的数据，预测制造过程是否能够稳定地生产符合规格的产品。可以把它想象成一种预测。通过历史数据的分析，推断未来是否可以依赖该工艺持续生产高质量产品。

客户可能会要求将过程能力研究作为生产件批准程序 (PPAP) 的一部分。这是为了确保制造过程能够持续稳定地生产合格的产品。

基本概念

在定义制造过程时，目标是确保生产的零件符合上下规格限 (USL 和 LSL)。过程能力衡量制造过程能多大程度上稳定地生产符合规格的产品。

核心概念很简单：

• 确保制造过程的中心点与设计工程师期望的标称值一致；

• 确保过程的分布宽度小于规格宽度。

• Cp：测量过程的分布宽度是否小于规格宽度。

• Cpk：同时测量过程的中心点偏移和分布宽度相对于规格宽度的情况。

基本计算

在深入统计计算之前，我们可以先了解一些基本步骤：

1. 绘制数据图表：记录测量数据，并将其绘制在运行图和直方图上。
2. 计算规格宽度：在直方图上标注上下规格限 (USL 和 LSL)，并计算规格宽度：
   规格宽度 = USL – LSL
3. 计算过程宽度：计算过程宽度，可以简单理解为“此过程可能生成的最大值和最小值之差”：
   过程宽度 = UCL – LCL
4. 计算 Cp 值：将规格宽度与过程宽度的比值作为能力指数：
   Cp = 规格宽度 / 过程宽度

一个简单的类比

想象司机把车停进车库。如果车太宽，进不去；如果宽度合适但没对准中心，就会刮蹭到车库边缘。刮蹭就像生产了次品。

但如果车既够窄又停得很居中，就能顺利停进车库。这也是我们制造过程的目标：宽度合适且居中。

更现实的类比

假设车的宽度合适，现在取决于司机的技术。司机每天停车，30 天后，我们绘制了运行图和直方图。

• 技术好的司机：总是将车停得很居中，直方图很窄，几乎没有刮蹭风险。
• 技术不好的司机：停车不稳定，直方图很宽，刮蹭的风险大。

在制造中，我们同样通过测量每个零件的数据来判断过程能力。

数据收集

数据测量需遵循以下规则：

• 量具分辨率：量具应校准，分辨率至少为规格的 1/10。
• 生产顺序：测量和记录零件时需按生产顺序进行。
• 记录所有数据：包括合格件和不合格件的数据。
• 保证可追溯性：记录每个零件的操作员、设备、方法、材料、测量系统及环境条件。
• 数据同质性：不同设备的数据集应分开处理。

过程稳定性

在进行过程能力分析前，需确保过程稳定。一个稳定的过程，其平均值和标准差在时间上保持不变。

短期与长期过程行为

• 短期标准差：对数据分组（如每小时测量 5 个零件），计算组内的平均值和标准差。
• 长期标准差：计算整个数据集的平均值和标准差。

Cp、Cpk 与 Pp、Ppk 的区别

• Cp、Cpk：预测制造过程在最佳条件下的能力。
• Pp、Ppk：评估过程在某段时间内的实际性能。

如果过程稳定，则Ppk = Cpk。

过程能力与统计过程控制的区别

• 过程能力分析：对过程进行测量和分析，但不会实时调整。
• 统计过程控制 (SPC)：实时监控和调整过程，确保过程稳定并生产合格产品。

过程能力直方图解释

• 理想情况：过程中心居中且分布窄，风险小。
• 偏移：过程向某一方向偏移，容易产生次品。
• 过宽：分布太宽，次品风险大。
• 截断分布：可能是去除了不合格数据导致的。
• 分辨率不足：会导致平均值和标准差计算错误。
• 多峰分布：可能是不同条件下的数据混合导致。

特殊情况直方图

• GD&T：对于几何尺寸，理想值为 0，目标值接近 LSL。
• 单边规格：制造工程师需要选择偏离标称值的目标值，避免超出规格限。

应该追求怎样的 Cpk 值？

• Cpk < 1.0：过程能力差。
• 1.0 ≤ Cpk ≤ 1.33：勉强合格。
• Cpk > 1.33：过程能力好。目标值应为 2.00 或更高。

高 Cpk 值的好处：

1. 次品率低。
2. 产品性能提升，例如减少质保投诉。