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IND 2501 Ingénierie de la qualité
            maîtrise statistique des processus : SPC

SPC 1   Méthodes statistiques de la qualité : Statistical Quality Control
         échantillonnage des lots : Acceptance Sampling
         cartes de contrôle de Shewhart: Statistical Process Control (SPC)
         p n i t nd x éi c s Design Of Experiment (DOE) - Taguchi
           l i ai ’ p r n e :
            af o e
                c              e
         analyse des modes défaillances : Failure Mode Effect Analysis (FMEA)
         déploiement fonction qualité : Quality Function Deployment (QFD)
         analyse de fiabilité
        Contrôle Statistique des Processus : SPC de base
         types de cartes : attribut –comptage –mesure
         po e s s ’
            rc su d    implantation
         exemples avec Statistica
         guide pour analyser des données en management et en ingénierie

SPC 2
        Analyse de capacité (capabilité) des processus
         méthodologie
         indices
         lien avec la stratégie 6 sigma
SPC 3   Analyse de capacité des processus de mesure : R&R
                  Reproductible & Répétitivité
        méthodologie
        critères
        exemples

SPC 4   SPC : cartes avancées
         moyenne mobile MA
         moyenne mobile à poids exponentiel EWMA
         cumulative à somme CUSUM
                         2
         multivariable T de Hotelling
SPC 5   Stratégie de management qualité SIX SIGMA
         stratégie organisationnelle
         méthodologie DMAIC :
                Define Mesure Analyze Improve Control
         méthodologie DFSS : Design For Six Sigma




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 Bernard CLÉMENT, PhD        IND2501 Ingénierie de la qualité      février 2004
Méthodes du contrôle (maîtrise)
                 statistique de la qualité

                OÙ ?                            QUOI : MÉTHODES

     RÉCEPTION et EXPÉDITION                            PLANS
         matières premières                     D'ÉCHANTILLONNAGE
         produits semi finis                             LOTS
     produits regroupés en lots                 (Acceptance sampling) :
                                                contrôle qualité produit


            PRODUCTION                         CARTES de CONTRÔLE
                et                                      et
                                               ANALYSE de CAPACITÉ
            ASSEMBLAGE
                                                      (SPC)

          OPTIMISATION                             PLANIFICATION
            PRODUITS                               D'EXPÉRIENCES
                                                   (DOE - Taguchi)
            PROCÉDÉS

            TESTS                                      ÉTUDES
      ESSAIS en ACCÉLÉRÉS                             FIABILITÉ
                                                 (accelerated testing)



        SUIVI QUALITÉ                                 MÉTHODES
         et FIABILITÉ                                 D'ANALYSE
                                                     STATISTIQUE
      PRODUITS en SERVICE


         DESIGN de                            QFD (Quality Function Deployment)
    PRODUITS et PROCÉDÉS                       PLANS D'EXPÉRIENCES
        et SERVICES                             ANALYSE TOLÉRANCE


______________________________________________________________________________      2
Bernard CLÉMENT, PhD        IND2501 Ingénierie de la qualité         février 2004
concept central :
                       P R O C E S S U S

           RESSOURCES

     APPROVISIONNEMENT                  PROCESSUS

                                          étapes                     PRODUIT
     MATÉRIAUX                           méthodes                       ou
                                        procédures                   SERVICE
     ÉQUIPEMENTS

     PERSONNEL

                                                               CARACTÉRISTIQUES
                                                                  CRITIQUES
        PARAMÈTRES                                                  pour la
        MESURABLES                                                 QUALITÉ :
            et                  VALEUR AJOUTÉE
       CONTRÔLABLES                                               - MESURES
                                                                 - COMPTAGES
                                                                 - ATTRIBUTS



                                   fonction de
     X1, X2, X3, …                 transfert f                        Y
                                Y =f (X1, X2,..)


                                                     Les cartes de
                                                  Shewhart (contrôle)
                                                  sont appliquées à ces
                                                        variables




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Bernard CLÉMENT, PhD        IND2501 Ingénierie de la qualité        février 2004
2 PROCESSUS INSÉPARABLES




                                      rôle 2
                                                      rôle 1


                              pièce
          Fabrication                          Mesurage        Résultat Y




          rôle 3

                                                                    Y


                                         TYPE
                                  inspection : humain             Classement
                                       comptage                   0 12 …
                                                                   ,, ,
                                   mesure : appareil              3 .8 …
                                                                   45 2 .

     DISTRIBUTION de Y


          Cas m n … … . Bn m a : o 1
            l e e t … …. i i e 0 u
             s          … o l
          C m tg … … … . oso
            o pa e … … …. i n
                         P s
          Me ue(ai l)…N r a (asin e
             sr vr be . om l g us n )
                   a          e     e

     Les 3 RÔLES DES DONNÉES


       rôle 1      analyser le processus de mesurage : R&R
                          REPRODUCTIBLE ?       RÉPÉTIVITÉ ?

                   classer la pièce : conforme ou non conforme ?
       rôle 2
                          (exigences, spécifications, tolérances)

                   analyser le processus de fabrication : étude de capacité
       rôle 3
                         STABLE ? CAPABLE ?

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Bernard CLÉMENT, PhD        IND2501 Ingénierie de la qualité        février 2004
CONSTATS UNIVERSELS

          La qualité du produit dépend du processus.
          Le processus doit être étudié avec le produit.
          Le comportement du processus varie dans le temps

                   La VARIABILITÉ est TOUJOURS PRÉSENTE

          Sans surveillance, TOUS les processus se désorganisent
              et se dégradent : ENTROPIE

     Pour s'en sortir, une solution qui a fait ses preuves :
                CARTES de CONTRÔLE des PROCESSUS
     remarque : le terme CONTRÔLE prête à beaucoup de confusion.
          Les cartes ne contrôle pas le processus mais elles donnent une
          image du COMPORTEMENT d po e s s p r’tr d i d
                                        u rc su a l emé ir e
                                                        in       ae
          mesures sur l po u .I ea pééa l d p e rc s c r s
                       e rd i l ri rfrb ’ p l e at :
                               t s t              e a e             e

                       cartes de comportement du processus

     Les cartes permettent
               d'analyser les fluctuations de Y
               de quantifier ces fluctuations
               de comprendre deux catégories de variabilité
               de réduire la variabilité
               de statuer si le processus est STABLE (concept à définir)
               d'évaluer la capacité du processus àli d
                                                       ’d ’
                                                       a e indices (à définir)
                relativement à des limites de spécification (tolérances)
  En résumé
    les cartes de Shewhart constitue un BILAN de SANTÉ du PROCESSUS




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Bernard CLÉMENT, PhD         IND2501 Ingénierie de la qualité     février 2004
Les 4 ÉTATS POSSIBLES d'un PROCESSUS

                                         STABLE ?
                                  OUI                NON

                   OUI
                                    1                   3
       CAPABLE ?

                   NON              2                  4



           1 Situation confortable
             produits conformes à 100%
             situation jamais acquise de manière permanente
             en profiter pour améliorer le processus

           2. Cas limite
              Améliorer le processus pour aller en 1
              Diminuer la dispersion ou revoir les limites de spécification

           3. Processus au bord du chaos
              produits conformes à 100% mais état de courte durée
              processus instable et tout peut arriver
              il faut trouver les causes assignables (spéciales)
              et stabiliser le processus pour se ramener au cas 1 ou 2

           4. Situation chaotique
              Il faut faire des améliorations importantes pour stabiliser

     remarque : le concept de capacité ne fait de sens que si le processus
               est stable : cas 1 et cas 2 seulement

           PRIORITÉ      :   STABILISER en premier
                                et ensuite
                             RENDRE CAPABLE

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Bernard CLÉMENT, PhD         IND2501 Ingénierie de la qualité     février 2004
Distinction fondamentale : 2 types de variabilité
                                        TYPE
     élément                type 1                  type 2

     Shewhart            cause assignable            cause non assignable
                                                           (aléatoire)
     Deming              cause spéciale              cause commune
     source causes       externe processus           interne processus
     nombre causes        petit                      grand
     effet cause          fort                       faible
     présence             sporadique                 chronique / systématique
     pièces affectées    quelques unes               toutes
     élimination         au fur et à mesure           modification /re conception
      ou réduction                                        du processus
     correctif           local                        global
     responsabilité      personnel 1er niveau         direction

     exemples - matière première défectueuse         - défaut de design
              -fuite tuyau                           - qualité matière première
              - c a g m n d p rtu
                 h n e e t ’ éae r
                              o                      - réglages imprécis
              -….…                                   - formation insuffisante
              - « 5 M » : méthodes, machines         - documentation inadéquate
                  matériaux,. personnes,             - maintenance préventive
                  mesures, environnement              - équipement inadéquat

DÉFINITION
  Le PROCESSUS est STABLE si seulement des causes communes
  sont en jeu dans le processus.

   définition statistique : les paramètres de la distribution (population)
   de Y sont constants et ne changent pas dans le temps
COMMENT reconnaître la STABILITÉ ?:
   La seule méthode est lobservation du processus par
                             ’
   échantillonnage et la production d'une carte de contrôle
   selon les principes développés par Shewhart

______________________________________________________________________________   7
Bernard CLÉMENT, PhD        IND2501 Ingénierie de la qualité      février 2004
Genèse des cartes
     inventeur : Walter Shewhart en 1924 ( General Electric )
     idée de base : séparer les 2 types de variabilité ( page 7 )
                                                                                       LCLX et UCLX
         CAS                                                      σ                    seront appelées
                 2                                                                     limites « naturelles »
      N ( μσ )
            ,                                                                          de variabilité en
        μσ,                                                                            analyse de capacité
      CONNUS
                                                                                                   X
                         LCLX = μ–3σ            CLX = μ            UCLX = μ+3σ

                               P ( LCLX ‹X ‹UCLX ) = 0.9973
       1 échantillon de taille n : x 1 , x 2 , ….x n : X =
                                                .
                                                ,                           ∑x       i / n = Xbar
                LCLXbar = μ–A σ; UCLXbar = μ+ A σ;                          A = 3/√n
                             P [ LCLXbar ‹X ‹UCLXbar ] = 0.9973
                                   CAS ( μ σ) INCONNUS
                                          ,
     estimation des paramètres
     k échantillons de taille n : x i 1 , x i 2 ,…. x i n
                                                  .,                         i =12 …,
                                                                                ,, k
                                                                                                       2            0.5
     Xbar i =   ∑x i n / n   ; R i = max( x i j) –min (x i j) ; S i = [         ∑xij
                                                                                 (        - Xbari ) /( n-1) ]


          X      = ∑ Xbar i / k ; R = ∑R i / k           ; S=     ∑S i       /k

     estimation sans biais de σ:              σ = R / d2          ou        σ = S / c4
           remarque : les constantes d2 et c4 dépendent de n ( voir p. 10)

     limites de contrôle : Xbar et R               ;     Xbar et S

     des moyennes Xbar avec R             :    X    ± A 2R             ;    A   2   = 3 / ( d2 √ )
                                                                                                n


     des moyennes Xbar avec S             :    X       ± A 3S          ;    A 3 = 3 / ( c4 √ )
                                                                                            n

     des étendues R                       :   LCL R = D 3 R            et       UCL R = D 4 R

     des écarts types S                   :   LCL S = B   3   S        et       UCL S = B 4 S

                       AUTRES CAS : attributs et comptages
                          Attributs : basée loi binomiale
                         Comptages : basée loi de Poisson
                                ( formules page 10 )



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Bernard CLÉMENT, PhD               IND2501 Ingénierie de la qualité                        février 2004
Cartes de contrôle de Shewart
     EXEMPLE :    carte Xbar (moyenne) & R (étendue)
         jour mesures        Xbar R         jour mesures                                                                   Xbar R
      D 1      144 150 180  158.0  36       18    128 113 104                                                              115.0 24
                   2                 193   210     225   209.9     32                 19         113      122   108        114.3 14
       O           3                 235   233     228   232.0      7                 20         135      145   158        146.0 23
                   4                 198   190     178   188.7     20                 21         133      125   112        123.3 21
       N           5                 168   137     121   142.0     47                 22         105      95    63          87.7  42
                   6                 116    85      65     88.7    51                 23          72       97   112         93.7  40
                   7                  88   111     120    106.3    32                 24         126      132   144        134.0 18
       N           8                 138   160     179   159.0     41                 25         156      163   170        163.0 14
                   9                 200   245     248   231.9     48                 26         181      180   202        187.7 22
                   10                211   201     155   189.0     56                 27         250      205   175        210.0 75
       É           11                145   102      83   110.0     62                 28         157      148   140        148.3 17
                   12                 80   101     106     95.7    26                 29         157      139   121        139.0 36
       E           13                 95    90     107     97.3    17                 30         131      125    11         89.0 120
                   14                127   152     159   142.7     32                 31         118      115    92        108.3 26
                   15                167   178     199   181.3     32                 32          99       79   111         96.3  32
       S           16                181   173     163   172.3     18                 33         127      135   130        130.7   8
                   17                158   147     134   146.3     24                                                      __________
                                                          X-bar and R Chart; variable: X_E6
                   Histogram of Means                              X-bar: 143.52 (143.52); Sigma: 19.927 (19.927); n: 3.

     260
     240
     220
     200
     180                                                                                                                                178.03
     160
     140                                                                                                                                143.52
     120
     100                                                                                                                                109.00
      80
      60
           0   1    2       3    4    5    6   7    8         5          10            15            20            25          30

                   Histogram of Ranges                            Range: 33.727 (33.727); Sigma: 17.702 (17.702); n: 3.

     140
     120
     100
      80                                                                                                                                86.834
      60
      40                                                                                                                                33.727
      20
       0                                                                                                                                0.0000
     -20
           0   2   4    6       8 10 12 14 16 18              5          10            15            20            25          30


     LIMITES de CONTRÔLE STATISTIQUE

                   Règle des 3 sigma de Shewhart
                                     Ligne Centrale                  CL = moyenne
                                     Limite Supérieure              UCL = moyenne + 3 * (variabilité)
                                     Limite Inférieure               LCL = moyenne - 3 * (variabilité)




______________________________________________________________________________                                                                   9
Bernard CLÉMENT, PhD                                     IND2501 Ingénierie de la qualité                                       février 2004
CRITÈRES de processus « hors contrôle »
           1 un point situé à l'extérieur de l'intervalle (LCL , UCL)
                  est le signal d'une instabilité du processus
           autres règles dites « Western Electric »
                        zone A : entre 2 et 3 sigmas
                        zone B : entre 1 et 2 sigmas
                        zone C : entre 0 et 1 sigmas

           2a :   2 points sur 3 points consécutifs dans la zone A
           2b :   4 points sur 5 points consécutifs dans la zone B
           2c :   9 points consécutifs d ns u c t d l l n c nrl C
                                          ’ e l oé e a i e e ta L
                                           u                  g        e
           2d :   6 points consécutifs croissants (ou décroissants)
           2e :   14 points consécutifs alternant entre croissance et décroissance
           2f :   15 points consécutifs dans la zone C




                                                                              zone A
                                                                              zone B
                                                                              zone C
                                                                              zone C
                                                                              zone B
                                                                              zone A




          Questions à se poser pour rechercher la cause du « hors contrôle »


        di ée c d pé i o d lp ael m t o ed m sr ?
           f rn e e r cs n e ’ p ri/ éh d e e ue
            f                i       a
        différence de méthodes employées par le personnel ?
        processus aff cép r ’ v o n m n, . tm é aue h m dt?
                       e t a lni n e e t e .e p rtr, u ii
                                 e r              g                 é
        p o e ss f e t p r ’ ue
          rc su af cé a lsr?     u
        nouveau personnel ?
        changement d n u po e ss matières premières, information ?
                       ’p t rc su :
                        i
        processus affecté par la fatigue du personnel ?
        changements dans les procédures/instructions travail ?
        maintenance préventive a-t-elle été faite?
        processus est – ajusté fréquemment ou inutilement?
                         il
        échantillons provenant des différentes équipes de travail?
      employés ont-ils peur de rapporter de mauvaises nouvelles?
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Bernard CLÉMENT, PhD           IND2501 Ingénierie de la qualité         février 2004
Limites de contrôle : formules
CARTES pour des variables de type mesure
Données groupe i ( i =12, k ) : x i1 , x i2 , … , x in
                      , …,                     …
   Xbar i moyenne du groupe i de n observations                      Xbar i = ∑ xij / n
   Ri       étendue du groupe i            R i = max(xij ) –min(xij )
                                                                          2
   Si       écart type du groupe i         S i = [ ∑ ( ij –
                                                      x    Xbar i )           /( n-1) ] 0.5
   mR i     étendue mobile = | X i – i-1 | : observ. ordonnées dans le temps et n = 1
                                    X

   Xbar      moyenne des k moyennes Xbar i :                 Xbar = ∑ X a i / k
                                                                       br
   Rbar     moyenne des k étendues           Ri        :     Rbar = ∑ Ri / k
   Sbar      moyenne des k écarts types S i            :     Sbar = ∑ Si / k

   mR        moyenne des étendues mobiles mR               : mR = ∑ m i /( k – )
                                                                     R        1

Caractéristique                      CL              LCL                          UCL

n ≥2      moyennes ( Xbar & R )     Xbar           Xbar - A2* Rbar             Xbar + A2* Rbar
                     ( Xbar & S)    Xbar           Xbar – 3* Sbar
                                                         A                     Xbar + A3* Sbar
          étendues ( R )            Rbar           D3* Rbar                    D4* Rbar
          écarts types ( S )        Sbar           B3* Sbar                    B4* Sbar

n = 1     individuelles ( X )       Xbar           Xbar –2.66* mR                 Xbar + 2.66* mR
CARTES pour des attributs et comptages
 type      CL       LCL                                             UCL
                                                       0.5                                              0.5
    np     npbar    npbar – [ n pbar( 1 –
                           3             pbar )]                   npbar + 3 [ n pbar ( 1 –pbar )]
                                                             0.5                                          0.5
    p       pbar    pbar – 3 [ pbar ( 1 – pbar ) /n i ]            pbar + 3 [ pbar ( 1 – pbar ) /n i ]
                                      0.5                                            0.5
    c       cbar    cbar – 3 ( cbar )                              cbar + 3 ( cbar )
                                             0.5                                              0.5
    u       ubar    ubar - 3 ( ubar /n i )                          ubar + 3 ( ubar / n i )
CONSTANTES employées dans les cartes de Shewhart
n    A 2          A 3      B 3         B 4           D 3            D 4         d 2       c 4_      d 3 ___
2  1.880        2.659      0          3.267          0             3.268       1.128    0.798       0.853
3 1.023         1.954      0          2.568          0             2.574       1.693    0.886       0.888
4 0.729         1.628      0          2.226          0             2.282       2.059    0.921       0.880
5 0.577         1.427      0          2.089          0             2.114       2.326    0.940       0.864
6 0.483         1.287      0.300       1.970         0             2.096       2.534    0.952       0.848
7 0.419          1.182     0.118       1.882         0.076          1.924      2.704    0.959       0.833
8 0.373         1.099      0.185       1.815         0.136          1.864      2.847    0.965       0.820
9 0.337         1.032      0.239       1.761         0.184          1.816       2.970    0.969      0.808
10 0.308        0.975      0.284       1.716         0.223          1.777      3.078    0.973       0.797
______________________________________________________________________________ 11
Bernard CLÉMENT, PhD               IND2501 Ingénierie de la qualité                      février 2004
Définition et provenance des constantes
                employées dans les cartes de Shewhart

Soit X1, X2, X3,,…, Xn un échantillon de taille npo e a t ’ el (population)
                                                  rv n n d n o
                                                          u   i
                                                2
gaussienne centrée et d c rt eσ: N (μ, σ ).
                       ’ aty
                        é     p

Les variables X1, X2, X3, … , Xn sont indépendantes
et identiquement distribuées N (μ, 2 )
                                   σ

Posons R = max(X1, X2, X3, …, Xn) –min (X1, X2, X3, …, Xn)
                                              l’
                                               étendue de lc a to
                                                           ’ h ni n
                                                           é    l
                                                                l
       Xbar = ∑X / n :
                i                             la moyenne de lc a to
                                                             ’ h ni n
                                                              é    l
                                                                   l
                            2               0.5
        S = [ ∑( i –Xbar)
                X               /( n-1) ]                         lc rt e de lc a to
                                                                  ’ aty
                                                                  é    p     ’ h ni n
                                                                             é     l
                                                                                   l

R, Xbar et S possèdent des distributions (lois) ’ h ni n a e
                                               d c a to n g .
                                                é       ll
Les principales caractéristiques (moyenne et écart type) de ces distributions sont :

                  moyenne de Xbar = E(Xbar) = μ
                  écart type de Xbar = ET(Xbar) = σ/ √n

                  moyenne de R              = E(R) = d 2 σ
                  écart type de R           = ET(R) = d 3 σ

                  moyenne de S          = E (S) = c 4 σ ≈ [(4n-4) / (4n -3)] σ
                                                                0.5
      où      d 2 = Г n/2 ) / Г -1)/2] *[2/(n-1)]
                     (         [(n

              d 3 : son calcul n c si l tgai n méi ed n e pe s n
                                é e se ’ é rt n u r u ’ e x rsi
                                     t in       o          q  u o
                    dont nous ne donnerons pas la formule ici
                                                            ∞

            Г( r ) = fonction gamma =             ∫x              r- 1
                                                                         e –x dx   r>0
                                                        0
                  A 2 = 3 / (d 2 √n)

                  A3=3/(c4√n)
                                                  0.5
                  B 3 = 1 – 3 (1 –c 4 2 )               /c4
                                                  0.5
                  B 4 = 1 + 3 (1 –c 4 2 )                   /c4
                  D 3 = 1 –3 ( d 3 / d 2 )

                  D4=1+ 3(d3/d2)

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Bernard CLÉMENT, PhD             IND2501 Ingénierie de la qualité                        février 2004
Principes de Shewhart pour la construction des cartes

 1. Les limites de contrôle sont toujours placées à 3 écarts types de la ligne centrale.

 2. Les limites pour les mesures doivent toujours être basées une estimation de la
    variabilité du processus (sigma) calculée avec l m y n ed nensemble de k
                                                   a oe n ’   u
    indicateurs de dispersion (étendue R ou écart-type S).

      important : ne jm i cl lr ’ t
                      a a a u lsimation de la variabilité du processus (sigma)
                          s ce e
                   avec toutes les données en seul groupe

 3. L s o n e d i n poe i d np nd c a tln a eet doivent être organisées
     e d n é s ov t rv n ’ l ’ h nio n g
                   e          r u a é              l
     en groupes rationels pour quelles soient utiles.

 4. L rai t no e te r ed i r a i d n m nè ea po r ea xc n a sn e
     ’ g n ai u nrpi ot é gr ’ e a ir p rpi u o n i a c s
     o    s o          s          u              é         s
     no v l s u r sl n d lp l aind s ats
       uel q i é u e t e ’ p ct
           e       t     a i o e cre .



                             Les mythes en SPC

  Il est FAUX que :
      les mesures doivent provenir d n distribution gaussienne.
                                       ’e
                                       u
         exception : la carte à valeurs individuelles et étendues mobiles XmR.
      la base du SPC est le théorème central limite.
      les mesures doivent être indépendantes : à moins d n auto corrélation
                                                         ’e
                                                         u
       élevée (au moins 0.80) on peut employer les cartes de base comme la
       carte Xbar et R.
      les observations doivent être en contrôle statistique pour être placées
         sur une carte.

      les limites de contrôle peuvent être placées à ± 2 * sigma.

  Remarque

        Il y a une seule définition pour les limites de contrôle : ± 3* sigma

        Tout autre choix      ± k * sigma     conduit à ;

                trop de fausses alarmes si           k ‹ 3
                un manque de détection de signaux potentiels si k > 3



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Bernard CLÉMENT, PhD            IND2501 Ingénierie de la qualité           février 2004
Démonstration de la règle 3 sigma de Shewhart :
         simulation de 10 000 observations provenant de
                4 distributions avec μ=0 e σ=1
                                           t

                                    Cas : carte Xbar et R

DISTRIBUTION         figure         % dans       n      % moyennes Xbar      % étendues R
                                    ( -3 , 3 )        ( LCLXBar, UCLXbar )   ( LCLR, UCLR )
                                     n = 1


Uniforme                             100         2            100.0             100.0
                -√3 0 √3                         4            100.0             100.0
                                                 10            99.7             100.0



Triangulaire                         100         2             99.5              99.9
               -1.45 0       2.95                4             99.9             100.0
                                                 10            99.5             100.0



Gaussienne                           99.7        2             99.7              99.0
                -3     0       3                 4             99.7              99.5
                                                 10            99.6              99.5



Exponentielle                        98.2        2             98.8              97.4
                -1       0      3                4             99.0              97.4
                                                 10            99.3              96.0



CONCLUSION

      L fr d l d tb t n( o u t n) ’ in n s p s
       a ome e a ir ui p p l i d r i ’ t a
                        si o          ao      og e e
      importante l s u lna pq e l rg d 3s ma d
                    o q e ’ p lu a è l e i s e
                      r   o      i          e        g
      Shewhart pour détecter des causes spéciales (assignables)
      de variabilité.
      exception :lypothèse de distribution gaussienne (normale) approximative
                 ’
                 h
                 est nécessaire dans le cas de la carte à valeurs individuelles
                 et étendue mobile XmR




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Production de cartes avec STATISTICA


     CARTES de BASE : choix entre 7 types de cartes
             MESURE                Xbar&R       XmR        Xbar&S
                           n        2à9          1         10 et plus

             ATTRIBUT               p              np
                            n      variable       constant

            COMPTAGE                 c            u
                            n     a eo p r n é a ed p otn é
                                   i p ot i
                                   r        ut  i ’ pr i
                                                r o        ut
                                      défaut      défaut
                                   constant       variable

     HYPOTHÈSES sur les DISTRIBUTIONS

             MESURE : toute distribution (voir page 14) sauf pour la carte XmR

             COMPTAGE : distribution Poisson

             ATTRIBUT : distribution Binomiale


     CARTES AVANCÉES : pour des mesures ( variables ) :

                EWMA, CUSUM, MULTIVARIABLE, ….




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statistiques



                                          Statistiques industrielles et Six Sigma




     cartes de base




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IMPLANTATION d'une CARTE
     Choisir les processus importants (critiques)

      Choix d'une variable de réponse Y : mesure, comptage, classement;
       les mesures sont préférables aux attributs

      Plan de collecte des données -- échantillonnage de la production
       n pièces à intervalle régulier; n entre 1 et 10 est suffisant;
       fréquence : par exemple, à chaque heure
                     augmenter au début et réduire par la suite
       recommandation : un petit groupe de n pièces souvent
          est mieux qu'un grand nombre de pièces peu souvent

      Collecte des données et calcul des limites
       Avoir au moins 100 observations; par exemple 20 groupes de 5

      Très important : ne jamais calculer l'estimation de la
       variabilité avec toutes les données en seul groupe
       les cartes sont alors trop insensibles (limites trop larges) pour
       détecter des points hors contrôle sur le graphique.

      Pourquoi la règle 3 sigma de Shewhart ?
       Cette règle est la SEULE définition opérationnelle du concept
       de stabilité statistique.
       Les cartes de Shewhart sont ROBUSTES.

      C niu rl c l ced sd n é s… .
        o t e a ol t e o n e .
           n       e

      Maintenir un journal de bord pour noter des évènements
        qui pourraient être reliés à des causes assignables

      Apprendre à interpréter les cartes
           tendances : changement graduel de niveau dans le temps
                             vers le haut ou vers le bas
           dérives erratiques : changements sans stabilisation
           cycles : répétitions périodiques
           changement brusque (saut) de niveau



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Bernard CLÉMENT, PhD        IND2501 Ingénierie de la qualité      février 2004
EXEMPLES avec STATISTICA

     MESURES (VARIABLES) distribution quelconque
                         exception : la carte XmR exige la normalité

     1.    Xbar et R : moyenne Xbar et étendue R ( si n ≤ 0)
                                                           1
     2.    Xbar et S : moyenne Xbar et écart type S ( si n > 10 )

     3.    XmR : valeur individuelle X et étendue mobile mR
             mR = | X i - X i - 1 | i = 2, 3, …
             formation de groupes de n = 2 observations consécutives
             remarque : il faut que cette différence fasse du sens;
                par exemple, si les valeurs X sont reliées au temps

     ATTRIBUT          base : loi binomiale

     4.    p : fraction de pièces non conforme échantillon de n pièces
                ( n peut être variable)

     5.    np : nombre de pièces non conforme échantillon de n pièces
                ( n est fixe)

     COMPTAGES          base : loi de Poisson

     6.    c : nombre de non conformités (aire d'opportunité défaut fixe)

     7.    u : nombre de non conformités (aire d'opportunité défaut variable)

     REMARQUES
         - Pour appliquer les cartes pour les attributs il faut que les
           hypothèses de la loi binomiale soient vérifiées.

           - Pour appliquer les cartes pour les comptages il faut que les
             hypothèses de la loi de Poisson soient vérifiées.

           - Si les hypothèses ne sont pas satisfaites :
             employer une carte XmR avec les comptages et les taux.




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Bernard CLÉMENT, PhD         IND2501 Ingénierie de la qualité     février 2004
EXEMPLE 1 : carte Xbar et R
                                              groupes de 4 pièces
                                              mesure de résistance en ohm Y

                                                                  observations
                        groupe                               y1        y2                             y3                      y4
                        1                                    5045      4350                           4350                    3975
                        2                                    4290      4430                           4485                    4285
                        3                                    3980      3925                           3645                    3760
                         .                                     .         .                              .                       .
                        51                                   5150      5250                           5000                    5000



                                                               X-bar and R Chart; variable: X_E7
                  Histogram of Means                                  X-bar: 4503.2 (4503.2); Sigma: 323.54 (323.54); n: 4.
  5400
  5200
  5000                                                                                                                                       4988.6
  4800
  4600
                                                                                                                                             4503.2
  4400
  4200
  4000                                                                                                                                       4017.9
  3800
  3600
  3400
  3200
          0         4               8         12        16       5     10       15       20      25       30       35         40   45   50
              2             6           10         14

                  Histogram of Ranges                                 Range: 666.08 (666.08); Sigma: 284.65 (284.65); n: 4.
  2200
  2000
  1800
  1600
                                                                                                                                             1520.0
  1400
  1200
  1000
    800
    600                                                                                                                                      666.08
    400
    200
      0                                                                                                                                      0.0000
   -200
          0         4           8        12        16            5     10       15       20      25       30       35         40   45   50
              2         6           10        14        18




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Bernard CLÉMENT, PhD                                                 IND2501 Ingénierie de la qualité                                    février 2004
EXEMPLE 2 : carte XmR
                                 X = viscosité polymère en cours de production
                                       observations durant 25 heures consécutives

          observations ordonnées dans le temps
          2838 2785 3058 3064 2996 2782 2878 2920 3050 2870
          3174 3102 2762 2975 2719 2861 2797 3078 2974 2805
          3163 3199 3054 3147 3156



                                              X and Moving R Chart; variable: X_E15
              Histogram of Observations                 X: 2967.9 (2967.9); Sigma: 134.71 (134.71); n: 1.
  3500
  3400                                                                                                                   3372.0
  3300
  3200
  3100
  3000                                                                                                                   2967.9
  2900
  2800
  2700
  2600
                                                                                                                         2563.8
  2500
  2400
          0     1   2    3   4   5    6   7            5                10                15                   20   25

          Histogram of Moving Ranges                Moving R: 152.00 (152.00); Sigma: 114.84 (114.84); n: 1.
   550
   500                                                                                                                   496.51
   450
   400
   350
   300
   250
   200
   150                                                                                                                   152.00
   100
     50
      0                                                                                                                  0.0000
    -50
          0     1   2    3   4   5    6   7            5                10                15                   20   25




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Bernard CLÉMENT, PhD                                IND2501 Ingénierie de la qualité                                 février 2004
EXEMPLE 3 : carte p avec n variable
      inspection à 100% d'un lot choisi parmi la production quotidienne
      échantillonnage durant une période de 121 jours

      X : nombre de pièces non conformes dans le lot
      la taille (n) du lot est variable d'une journée à l'autre

                              observations
                           jour    n        X
                            1    3350      31
                            2    3354      113
                            3    1509      28
                            4    2190      20
                           …………………
                             ……………….
                           121   3323       3



                                   P Chart; variable: X_E31
          Histogram of P       P: .00696 (.00696); Sigma: .00162 (.00162); n: 2645.4
   0.09


   0.08


   0.07


   0.06


   0.05


   0.04


   0.03


   0.02


   0.01                                                                                     .01129
                                                                                            .00696
                                                                                            .00263
   0.00


  -0.01
            0
           10
           20
           30
           40
           50
           60
           70
           80
           90
          100




                              10      20    30     40     50     60     70     80      90




______________________________________________________________________________ 22
Bernard CLÉMENT, PhD               IND2501 Ingénierie de la qualité                         février 2004
EXEMPLE 4 : carte c
                           X : nombre de non conformité sur un circuit imprimé

                           observations
                           21 – – – – – 5 – – – – – – - 16
                               24 16 12 15         28 20 31 25 20 24
                           19 - 10 – – –
                                    17 13 22 -19 - 39 – – – – - 17 - 25
                                                       30 24 16 19



                                                      C Chart; variable: x_defaut
               Histogram of C                            C: 20.269 (20.269); Sigma: 4.5021 (4.5021)
  45


  40


  35
                                                                                                           33.776

  30


  25


  20                                                                                                       20.269


  15


  10

                                                                                                           6.7628
   5


   0
       0       2       4       6       8       10        5           10           15           20     25
           1       3       5       7       9     11




______________________________________________________________________________ 23
Bernard CLÉMENT, PhD                                  IND2501 Ingénierie de la qualité                     février 2004
EXEMPLE 5 : carte U
                 X = nombre d'imperfections sur des pièces de tissus
                      l’ inspectée des tissus est variable
                       aire

                                           observations

         Tissu            1       2        3        4          5       6        7          8         9     10
         Aire            10       12       20       11         7       10       21         16        19    26
         #Imp.           14       18       30       13         5       10       39         24        34    49



                                           U Chart; variable: Imperf
             Histogram of U                U: 1.5526 (1.5526); Sigma: .31960 (.31960); n: 15.2
  3.5


  3.0


  2.5
                                                                                                          2.2857

  2.0


  1.5                                                                                                     1.5526



  1.0
                                                                                                          .81952

  0.5


  0.0


  -0.5
         0   1   2   3   4    5        1     2      3      4       5     6      7      8         9   10




______________________________________________________________________________ 24
Bernard CLÉMENT, PhD                       IND2501 Ingénierie de la qualité                               février 2004
GUIDE POUR ANALYSER DES DONNÉES
                   EN MANAGEMENT ET EN INGÉNIERIE

        Le guide présente trois catégories d'affirmations concernant
        - les cartes de contrôle - les graphiques et les tableaux - le management.

CARTES DE SHEWHART
C1 Les cartes de contrôle de Shewhart complétées avec des histogrammes, des diagrammes de flux,
     des diagrammes de causes à effet, des diagrammes de Pareto et des diagrammes-temps
     contribuent à la compréhension.

C2 Les bénéfices des cartes seront cachés à quiconque emploient des méthodes plus traditionnelles
     qui ne tiennent pas en compte correctement ou font abstraction de l'impact de la variabilité dans
     les données.

C3 Les cartes de contrôle font intervenir le contexte et le processus associé.

C4 L'essence des cartes de contrôle est la possibilité de faire des prédictions.

C5 Une carte de contrôle filtre le bruit probable en vue de détecter un signal potentiel
     dans les données.

C6 Les cartes de contrôle sont le commencement de la connaissance car elles permettent
      de poser les bonnes questions.

C7 La clé de l'utilisation des cartes de contrôle vient avec la pratique de la méthode de
     pensée qui les accompagnent.

C8 La première erreur de l'interprétation des données: interpréter un bruit comme un signal.

C9 La deuxième erreur de l'interprétation des données: ne pas détecter un signal quand il est présent.

C10 La méthode des cartes de contrôle de Shewhart établit un équilibre entre ces deux types d'erreur.

C11 Un signal est un point hors contrôle et représente une opportunité pour découvrir comment
     améliorer un processus et obtenir un bénéfice économique.

C12 Un signal est
                    tout point à l'extérieur des limites de contrôle statistiques

                    au moins 3 points de 4 points consécutifs plus près des limites
                     de contrôle (zone de 2 sigmas à 3 sigmas) que de la ligne centrale;
                    8 points consécutifs du même côté de la ligne centrale;
                     8 points consécutifs croissants (décroissants)

C13 Les données agrégées perdent leur contexte et sont un frein à leur interprétation et
     leur utilisation efficace.




______________________________________________________________________________ 25
Bernard CLÉMENT, PhD                 IND2501 Ingénierie de la qualité                février 2004
GRAPHIQUES
G1    Les graphiques sont beaucoup plus accessibles à l'esprit humain que les tableaux de données.

G2    Un graphique peut révéler une structure intéressante dans les données.

G3    Un tableau de valeurs submerge le lecteur de détails secondaires.

G4    Un résumé numérique peut être un complément à un graphique mais ne peut jamais
      le remplacer.

G5    L'interprétation des données ne peut se faire indépendamment de leur contexte.

G6    L'interprétation des données repose sur une méthode d'analyse.

G7    Les prédictions reposent sur la connaissance, les explications n'ont pas cette exigence.

G8    Le but de l'analyse est la compréhension et la perspicacité.


MANAGEMENT
M1    Les rapports traditionnels de gestion sont remplis de multiples comparaisons d n
                                                                                    ’e
                                                                                    u
      caractéristique entre deux périodes :

                  mois M      année T      vs    mois M année T-1,
                  cumulatif   année T      vs    cumulatif année T-1,      etc.

M2    Les rapports traditionnels de gestion constituent un pauvre moyen pour communiquer
      des résultats numériques.

M3    Aucune comparaison entre 2 valeurs ne peut être globale.

M4    Une grande différence de pourcentage n'est pas nécessairement l'indication de la présence
      d'un signal.

M5    Une petite différence de pourcentage n'est pas une indication de l'absence d'un signal.

M6    Les données à intervalles réguliers (séries chronologiques) doivent être analysées avec des
      cartes de contrôle à valeurs individuelles et étendues mobiles.

M7    La voix du processus définit ce que l'on obtient.

M8    Seule une carte de contrôle permet d'obtenir la voix du processus.

M9    La voix du client définit ce que l'on veut obtenir.

M10   Le rôle du management est d'aligner la voix du processus avec la voix du client.




______________________________________________________________________________ 26
Bernard CLÉMENT, PhD                 IND2501 Ingénierie de la qualité               février 2004

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Cartes shewhart

  • 1. IND 2501 Ingénierie de la qualité maîtrise statistique des processus : SPC SPC 1 Méthodes statistiques de la qualité : Statistical Quality Control  échantillonnage des lots : Acceptance Sampling  cartes de contrôle de Shewhart: Statistical Process Control (SPC)  p n i t nd x éi c s Design Of Experiment (DOE) - Taguchi l i ai ’ p r n e : af o e c e  analyse des modes défaillances : Failure Mode Effect Analysis (FMEA)  déploiement fonction qualité : Quality Function Deployment (QFD)  analyse de fiabilité Contrôle Statistique des Processus : SPC de base  types de cartes : attribut –comptage –mesure  po e s s ’ rc su d implantation  exemples avec Statistica  guide pour analyser des données en management et en ingénierie SPC 2 Analyse de capacité (capabilité) des processus  méthodologie  indices  lien avec la stratégie 6 sigma SPC 3 Analyse de capacité des processus de mesure : R&R Reproductible & Répétitivité méthodologie critères exemples SPC 4 SPC : cartes avancées  moyenne mobile MA  moyenne mobile à poids exponentiel EWMA  cumulative à somme CUSUM 2  multivariable T de Hotelling SPC 5 Stratégie de management qualité SIX SIGMA  stratégie organisationnelle  méthodologie DMAIC : Define Mesure Analyze Improve Control  méthodologie DFSS : Design For Six Sigma ______________________________________________________________________________ 1 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 2. Méthodes du contrôle (maîtrise) statistique de la qualité OÙ ? QUOI : MÉTHODES RÉCEPTION et EXPÉDITION PLANS matières premières D'ÉCHANTILLONNAGE produits semi finis LOTS produits regroupés en lots (Acceptance sampling) : contrôle qualité produit PRODUCTION CARTES de CONTRÔLE et et ANALYSE de CAPACITÉ ASSEMBLAGE (SPC) OPTIMISATION PLANIFICATION PRODUITS D'EXPÉRIENCES (DOE - Taguchi) PROCÉDÉS TESTS ÉTUDES ESSAIS en ACCÉLÉRÉS FIABILITÉ (accelerated testing) SUIVI QUALITÉ MÉTHODES et FIABILITÉ D'ANALYSE STATISTIQUE PRODUITS en SERVICE DESIGN de QFD (Quality Function Deployment) PRODUITS et PROCÉDÉS PLANS D'EXPÉRIENCES et SERVICES ANALYSE TOLÉRANCE ______________________________________________________________________________ 2 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 3. concept central : P R O C E S S U S RESSOURCES APPROVISIONNEMENT PROCESSUS étapes PRODUIT MATÉRIAUX méthodes ou procédures SERVICE ÉQUIPEMENTS PERSONNEL CARACTÉRISTIQUES CRITIQUES PARAMÈTRES pour la MESURABLES QUALITÉ : et VALEUR AJOUTÉE CONTRÔLABLES - MESURES - COMPTAGES - ATTRIBUTS fonction de X1, X2, X3, … transfert f Y Y =f (X1, X2,..) Les cartes de Shewhart (contrôle) sont appliquées à ces variables ______________________________________________________________________________ 3 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 4. 2 PROCESSUS INSÉPARABLES rôle 2 rôle 1 pièce Fabrication Mesurage Résultat Y rôle 3 Y TYPE inspection : humain Classement comptage 0 12 … ,, , mesure : appareil 3 .8 … 45 2 . DISTRIBUTION de Y  Cas m n … … . Bn m a : o 1 l e e t … …. i i e 0 u s … o l  C m tg … … … . oso o pa e … … …. i n P s  Me ue(ai l)…N r a (asin e sr vr be . om l g us n ) a e e Les 3 RÔLES DES DONNÉES rôle 1 analyser le processus de mesurage : R&R REPRODUCTIBLE ? RÉPÉTIVITÉ ? classer la pièce : conforme ou non conforme ? rôle 2 (exigences, spécifications, tolérances) analyser le processus de fabrication : étude de capacité rôle 3 STABLE ? CAPABLE ? ______________________________________________________________________________ 4 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 5. CONSTATS UNIVERSELS La qualité du produit dépend du processus. Le processus doit être étudié avec le produit. Le comportement du processus varie dans le temps La VARIABILITÉ est TOUJOURS PRÉSENTE Sans surveillance, TOUS les processus se désorganisent et se dégradent : ENTROPIE Pour s'en sortir, une solution qui a fait ses preuves : CARTES de CONTRÔLE des PROCESSUS remarque : le terme CONTRÔLE prête à beaucoup de confusion. Les cartes ne contrôle pas le processus mais elles donnent une image du COMPORTEMENT d po e s s p r’tr d i d u rc su a l emé ir e in ae mesures sur l po u .I ea pééa l d p e rc s c r s e rd i l ri rfrb ’ p l e at : t s t e a e e cartes de comportement du processus Les cartes permettent  d'analyser les fluctuations de Y  de quantifier ces fluctuations  de comprendre deux catégories de variabilité  de réduire la variabilité  de statuer si le processus est STABLE (concept à définir)  d'évaluer la capacité du processus àli d ’d ’ a e indices (à définir) relativement à des limites de spécification (tolérances) En résumé les cartes de Shewhart constitue un BILAN de SANTÉ du PROCESSUS ______________________________________________________________________________ 5 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 6. Les 4 ÉTATS POSSIBLES d'un PROCESSUS STABLE ? OUI NON OUI 1 3 CAPABLE ? NON 2 4 1 Situation confortable produits conformes à 100% situation jamais acquise de manière permanente en profiter pour améliorer le processus 2. Cas limite Améliorer le processus pour aller en 1 Diminuer la dispersion ou revoir les limites de spécification 3. Processus au bord du chaos produits conformes à 100% mais état de courte durée processus instable et tout peut arriver il faut trouver les causes assignables (spéciales) et stabiliser le processus pour se ramener au cas 1 ou 2 4. Situation chaotique Il faut faire des améliorations importantes pour stabiliser remarque : le concept de capacité ne fait de sens que si le processus est stable : cas 1 et cas 2 seulement PRIORITÉ : STABILISER en premier et ensuite RENDRE CAPABLE ______________________________________________________________________________ 6 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 7. Distinction fondamentale : 2 types de variabilité TYPE élément type 1 type 2 Shewhart cause assignable cause non assignable (aléatoire) Deming cause spéciale cause commune source causes externe processus interne processus nombre causes petit grand effet cause fort faible présence sporadique chronique / systématique pièces affectées quelques unes toutes élimination au fur et à mesure modification /re conception ou réduction du processus correctif local global responsabilité personnel 1er niveau direction exemples - matière première défectueuse - défaut de design -fuite tuyau - qualité matière première - c a g m n d p rtu h n e e t ’ éae r o - réglages imprécis -….… - formation insuffisante - « 5 M » : méthodes, machines - documentation inadéquate matériaux,. personnes, - maintenance préventive mesures, environnement - équipement inadéquat DÉFINITION Le PROCESSUS est STABLE si seulement des causes communes sont en jeu dans le processus. définition statistique : les paramètres de la distribution (population) de Y sont constants et ne changent pas dans le temps COMMENT reconnaître la STABILITÉ ?: La seule méthode est lobservation du processus par ’ échantillonnage et la production d'une carte de contrôle selon les principes développés par Shewhart ______________________________________________________________________________ 7 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 8. Genèse des cartes  inventeur : Walter Shewhart en 1924 ( General Electric )  idée de base : séparer les 2 types de variabilité ( page 7 ) LCLX et UCLX CAS σ seront appelées 2 limites « naturelles » N ( μσ ) , de variabilité en μσ, analyse de capacité CONNUS X LCLX = μ–3σ CLX = μ UCLX = μ+3σ P ( LCLX ‹X ‹UCLX ) = 0.9973 1 échantillon de taille n : x 1 , x 2 , ….x n : X = . , ∑x i / n = Xbar LCLXbar = μ–A σ; UCLXbar = μ+ A σ; A = 3/√n P [ LCLXbar ‹X ‹UCLXbar ] = 0.9973 CAS ( μ σ) INCONNUS , estimation des paramètres k échantillons de taille n : x i 1 , x i 2 ,…. x i n ., i =12 …, ,, k 2 0.5 Xbar i = ∑x i n / n ; R i = max( x i j) –min (x i j) ; S i = [ ∑xij ( - Xbari ) /( n-1) ] X = ∑ Xbar i / k ; R = ∑R i / k ; S= ∑S i /k estimation sans biais de σ: σ = R / d2 ou σ = S / c4 remarque : les constantes d2 et c4 dépendent de n ( voir p. 10) limites de contrôle : Xbar et R ; Xbar et S des moyennes Xbar avec R : X ± A 2R ; A 2 = 3 / ( d2 √ ) n des moyennes Xbar avec S : X ± A 3S ; A 3 = 3 / ( c4 √ ) n des étendues R : LCL R = D 3 R et UCL R = D 4 R des écarts types S : LCL S = B 3 S et UCL S = B 4 S AUTRES CAS : attributs et comptages Attributs : basée loi binomiale Comptages : basée loi de Poisson ( formules page 10 ) ______________________________________________________________________________ 8 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 9. Cartes de contrôle de Shewart EXEMPLE : carte Xbar (moyenne) & R (étendue) jour mesures Xbar R jour mesures Xbar R D 1 144 150 180 158.0 36 18 128 113 104 115.0 24 2 193 210 225 209.9 32 19 113 122 108 114.3 14 O 3 235 233 228 232.0 7 20 135 145 158 146.0 23 4 198 190 178 188.7 20 21 133 125 112 123.3 21 N 5 168 137 121 142.0 47 22 105 95 63 87.7 42 6 116 85 65 88.7 51 23 72 97 112 93.7 40 7 88 111 120 106.3 32 24 126 132 144 134.0 18 N 8 138 160 179 159.0 41 25 156 163 170 163.0 14 9 200 245 248 231.9 48 26 181 180 202 187.7 22 10 211 201 155 189.0 56 27 250 205 175 210.0 75 É 11 145 102 83 110.0 62 28 157 148 140 148.3 17 12 80 101 106 95.7 26 29 157 139 121 139.0 36 E 13 95 90 107 97.3 17 30 131 125 11 89.0 120 14 127 152 159 142.7 32 31 118 115 92 108.3 26 15 167 178 199 181.3 32 32 99 79 111 96.3 32 S 16 181 173 163 172.3 18 33 127 135 130 130.7 8 17 158 147 134 146.3 24 __________ X-bar and R Chart; variable: X_E6 Histogram of Means X-bar: 143.52 (143.52); Sigma: 19.927 (19.927); n: 3. 260 240 220 200 180 178.03 160 140 143.52 120 100 109.00 80 60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 5 10 15 20 25 30 Histogram of Ranges Range: 33.727 (33.727); Sigma: 17.702 (17.702); n: 3. 140 120 100 80 86.834 60 40 33.727 20 0 0.0000 -20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 5 10 15 20 25 30 LIMITES de CONTRÔLE STATISTIQUE Règle des 3 sigma de Shewhart Ligne Centrale CL = moyenne Limite Supérieure UCL = moyenne + 3 * (variabilité) Limite Inférieure LCL = moyenne - 3 * (variabilité) ______________________________________________________________________________ 9 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 10. CRITÈRES de processus « hors contrôle » 1 un point situé à l'extérieur de l'intervalle (LCL , UCL) est le signal d'une instabilité du processus autres règles dites « Western Electric » zone A : entre 2 et 3 sigmas zone B : entre 1 et 2 sigmas zone C : entre 0 et 1 sigmas 2a : 2 points sur 3 points consécutifs dans la zone A 2b : 4 points sur 5 points consécutifs dans la zone B 2c : 9 points consécutifs d ns u c t d l l n c nrl C ’ e l oé e a i e e ta L u g e 2d : 6 points consécutifs croissants (ou décroissants) 2e : 14 points consécutifs alternant entre croissance et décroissance 2f : 15 points consécutifs dans la zone C zone A zone B zone C zone C zone B zone A Questions à se poser pour rechercher la cause du « hors contrôle »  di ée c d pé i o d lp ael m t o ed m sr ? f rn e e r cs n e ’ p ri/ éh d e e ue f i a  différence de méthodes employées par le personnel ?  processus aff cép r ’ v o n m n, . tm é aue h m dt? e t a lni n e e t e .e p rtr, u ii e r g é  p o e ss f e t p r ’ ue rc su af cé a lsr? u  nouveau personnel ?  changement d n u po e ss matières premières, information ? ’p t rc su : i  processus affecté par la fatigue du personnel ?  changements dans les procédures/instructions travail ?  maintenance préventive a-t-elle été faite?  processus est – ajusté fréquemment ou inutilement? il  échantillons provenant des différentes équipes de travail?  employés ont-ils peur de rapporter de mauvaises nouvelles? ______________________________________________________________________________ 10 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 11. Limites de contrôle : formules CARTES pour des variables de type mesure Données groupe i ( i =12, k ) : x i1 , x i2 , … , x in , …, … Xbar i moyenne du groupe i de n observations Xbar i = ∑ xij / n Ri étendue du groupe i R i = max(xij ) –min(xij ) 2 Si écart type du groupe i S i = [ ∑ ( ij – x Xbar i ) /( n-1) ] 0.5 mR i étendue mobile = | X i – i-1 | : observ. ordonnées dans le temps et n = 1 X Xbar moyenne des k moyennes Xbar i : Xbar = ∑ X a i / k br Rbar moyenne des k étendues Ri : Rbar = ∑ Ri / k Sbar moyenne des k écarts types S i : Sbar = ∑ Si / k mR moyenne des étendues mobiles mR : mR = ∑ m i /( k – ) R 1 Caractéristique CL LCL UCL n ≥2 moyennes ( Xbar & R ) Xbar Xbar - A2* Rbar Xbar + A2* Rbar ( Xbar & S) Xbar Xbar – 3* Sbar A Xbar + A3* Sbar étendues ( R ) Rbar D3* Rbar D4* Rbar écarts types ( S ) Sbar B3* Sbar B4* Sbar n = 1 individuelles ( X ) Xbar Xbar –2.66* mR Xbar + 2.66* mR CARTES pour des attributs et comptages type CL LCL UCL 0.5 0.5 np npbar npbar – [ n pbar( 1 – 3 pbar )] npbar + 3 [ n pbar ( 1 –pbar )] 0.5 0.5 p pbar pbar – 3 [ pbar ( 1 – pbar ) /n i ] pbar + 3 [ pbar ( 1 – pbar ) /n i ] 0.5 0.5 c cbar cbar – 3 ( cbar ) cbar + 3 ( cbar ) 0.5 0.5 u ubar ubar - 3 ( ubar /n i ) ubar + 3 ( ubar / n i ) CONSTANTES employées dans les cartes de Shewhart n A 2 A 3 B 3 B 4 D 3 D 4 d 2 c 4_ d 3 ___ 2 1.880 2.659 0 3.267 0 3.268 1.128 0.798 0.853 3 1.023 1.954 0 2.568 0 2.574 1.693 0.886 0.888 4 0.729 1.628 0 2.226 0 2.282 2.059 0.921 0.880 5 0.577 1.427 0 2.089 0 2.114 2.326 0.940 0.864 6 0.483 1.287 0.300 1.970 0 2.096 2.534 0.952 0.848 7 0.419 1.182 0.118 1.882 0.076 1.924 2.704 0.959 0.833 8 0.373 1.099 0.185 1.815 0.136 1.864 2.847 0.965 0.820 9 0.337 1.032 0.239 1.761 0.184 1.816 2.970 0.969 0.808 10 0.308 0.975 0.284 1.716 0.223 1.777 3.078 0.973 0.797 ______________________________________________________________________________ 11 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 12. Définition et provenance des constantes employées dans les cartes de Shewhart Soit X1, X2, X3,,…, Xn un échantillon de taille npo e a t ’ el (population) rv n n d n o u i 2 gaussienne centrée et d c rt eσ: N (μ, σ ). ’ aty é p Les variables X1, X2, X3, … , Xn sont indépendantes et identiquement distribuées N (μ, 2 ) σ Posons R = max(X1, X2, X3, …, Xn) –min (X1, X2, X3, …, Xn) l’ étendue de lc a to ’ h ni n é l l Xbar = ∑X / n : i la moyenne de lc a to ’ h ni n é l l 2 0.5 S = [ ∑( i –Xbar) X /( n-1) ] lc rt e de lc a to ’ aty é p ’ h ni n é l l R, Xbar et S possèdent des distributions (lois) ’ h ni n a e d c a to n g . é ll Les principales caractéristiques (moyenne et écart type) de ces distributions sont : moyenne de Xbar = E(Xbar) = μ écart type de Xbar = ET(Xbar) = σ/ √n moyenne de R = E(R) = d 2 σ écart type de R = ET(R) = d 3 σ moyenne de S = E (S) = c 4 σ ≈ [(4n-4) / (4n -3)] σ 0.5 où d 2 = Г n/2 ) / Г -1)/2] *[2/(n-1)] ( [(n d 3 : son calcul n c si l tgai n méi ed n e pe s n é e se ’ é rt n u r u ’ e x rsi t in o q u o dont nous ne donnerons pas la formule ici ∞ Г( r ) = fonction gamma = ∫x r- 1 e –x dx r>0 0 A 2 = 3 / (d 2 √n) A3=3/(c4√n) 0.5 B 3 = 1 – 3 (1 –c 4 2 ) /c4 0.5 B 4 = 1 + 3 (1 –c 4 2 ) /c4 D 3 = 1 –3 ( d 3 / d 2 ) D4=1+ 3(d3/d2) ______________________________________________________________________________ 12 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 13. Principes de Shewhart pour la construction des cartes 1. Les limites de contrôle sont toujours placées à 3 écarts types de la ligne centrale. 2. Les limites pour les mesures doivent toujours être basées une estimation de la variabilité du processus (sigma) calculée avec l m y n ed nensemble de k a oe n ’ u indicateurs de dispersion (étendue R ou écart-type S). important : ne jm i cl lr ’ t a a a u lsimation de la variabilité du processus (sigma) s ce e avec toutes les données en seul groupe 3. L s o n e d i n poe i d np nd c a tln a eet doivent être organisées e d n é s ov t rv n ’ l ’ h nio n g e r u a é l en groupes rationels pour quelles soient utiles. 4. L rai t no e te r ed i r a i d n m nè ea po r ea xc n a sn e ’ g n ai u nrpi ot é gr ’ e a ir p rpi u o n i a c s o s o s u é s no v l s u r sl n d lp l aind s ats uel q i é u e t e ’ p ct e t a i o e cre . Les mythes en SPC Il est FAUX que :  les mesures doivent provenir d n distribution gaussienne. ’e u exception : la carte à valeurs individuelles et étendues mobiles XmR.  la base du SPC est le théorème central limite.  les mesures doivent être indépendantes : à moins d n auto corrélation ’e u élevée (au moins 0.80) on peut employer les cartes de base comme la carte Xbar et R.  les observations doivent être en contrôle statistique pour être placées sur une carte.  les limites de contrôle peuvent être placées à ± 2 * sigma. Remarque  Il y a une seule définition pour les limites de contrôle : ± 3* sigma  Tout autre choix ± k * sigma conduit à ;  trop de fausses alarmes si k ‹ 3  un manque de détection de signaux potentiels si k > 3 ______________________________________________________________________________ 13 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 14. Démonstration de la règle 3 sigma de Shewhart : simulation de 10 000 observations provenant de 4 distributions avec μ=0 e σ=1 t Cas : carte Xbar et R DISTRIBUTION figure % dans n % moyennes Xbar % étendues R ( -3 , 3 ) ( LCLXBar, UCLXbar ) ( LCLR, UCLR ) n = 1 Uniforme 100 2 100.0 100.0 -√3 0 √3 4 100.0 100.0 10 99.7 100.0 Triangulaire 100 2 99.5 99.9 -1.45 0 2.95 4 99.9 100.0 10 99.5 100.0 Gaussienne 99.7 2 99.7 99.0 -3 0 3 4 99.7 99.5 10 99.6 99.5 Exponentielle 98.2 2 98.8 97.4 -1 0 3 4 99.0 97.4 10 99.3 96.0 CONCLUSION L fr d l d tb t n( o u t n) ’ in n s p s a ome e a ir ui p p l i d r i ’ t a si o ao og e e importante l s u lna pq e l rg d 3s ma d o q e ’ p lu a è l e i s e r o i e g Shewhart pour détecter des causes spéciales (assignables) de variabilité. exception :lypothèse de distribution gaussienne (normale) approximative ’ h est nécessaire dans le cas de la carte à valeurs individuelles et étendue mobile XmR ______________________________________________________________________________ 14 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 15. Production de cartes avec STATISTICA CARTES de BASE : choix entre 7 types de cartes MESURE Xbar&R XmR Xbar&S n 2à9 1 10 et plus ATTRIBUT p np n variable constant COMPTAGE c u n a eo p r n é a ed p otn é i p ot i r ut i ’ pr i r o ut défaut défaut constant variable HYPOTHÈSES sur les DISTRIBUTIONS MESURE : toute distribution (voir page 14) sauf pour la carte XmR COMPTAGE : distribution Poisson ATTRIBUT : distribution Binomiale CARTES AVANCÉES : pour des mesures ( variables ) : EWMA, CUSUM, MULTIVARIABLE, …. ______________________________________________________________________________ 15 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 16. statistiques Statistiques industrielles et Six Sigma cartes de base ______________________________________________________________________________ 16 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 18. IMPLANTATION d'une CARTE Choisir les processus importants (critiques)  Choix d'une variable de réponse Y : mesure, comptage, classement; les mesures sont préférables aux attributs  Plan de collecte des données -- échantillonnage de la production n pièces à intervalle régulier; n entre 1 et 10 est suffisant; fréquence : par exemple, à chaque heure augmenter au début et réduire par la suite recommandation : un petit groupe de n pièces souvent est mieux qu'un grand nombre de pièces peu souvent  Collecte des données et calcul des limites Avoir au moins 100 observations; par exemple 20 groupes de 5  Très important : ne jamais calculer l'estimation de la variabilité avec toutes les données en seul groupe les cartes sont alors trop insensibles (limites trop larges) pour détecter des points hors contrôle sur le graphique.  Pourquoi la règle 3 sigma de Shewhart ? Cette règle est la SEULE définition opérationnelle du concept de stabilité statistique. Les cartes de Shewhart sont ROBUSTES.  C niu rl c l ced sd n é s… . o t e a ol t e o n e . n e  Maintenir un journal de bord pour noter des évènements qui pourraient être reliés à des causes assignables  Apprendre à interpréter les cartes  tendances : changement graduel de niveau dans le temps vers le haut ou vers le bas  dérives erratiques : changements sans stabilisation  cycles : répétitions périodiques  changement brusque (saut) de niveau ______________________________________________________________________________ 18 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 19. EXEMPLES avec STATISTICA MESURES (VARIABLES) distribution quelconque exception : la carte XmR exige la normalité 1. Xbar et R : moyenne Xbar et étendue R ( si n ≤ 0) 1 2. Xbar et S : moyenne Xbar et écart type S ( si n > 10 ) 3. XmR : valeur individuelle X et étendue mobile mR mR = | X i - X i - 1 | i = 2, 3, … formation de groupes de n = 2 observations consécutives remarque : il faut que cette différence fasse du sens; par exemple, si les valeurs X sont reliées au temps ATTRIBUT base : loi binomiale 4. p : fraction de pièces non conforme échantillon de n pièces ( n peut être variable) 5. np : nombre de pièces non conforme échantillon de n pièces ( n est fixe) COMPTAGES base : loi de Poisson 6. c : nombre de non conformités (aire d'opportunité défaut fixe) 7. u : nombre de non conformités (aire d'opportunité défaut variable) REMARQUES - Pour appliquer les cartes pour les attributs il faut que les hypothèses de la loi binomiale soient vérifiées. - Pour appliquer les cartes pour les comptages il faut que les hypothèses de la loi de Poisson soient vérifiées. - Si les hypothèses ne sont pas satisfaites : employer une carte XmR avec les comptages et les taux. ______________________________________________________________________________ 19 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 20. EXEMPLE 1 : carte Xbar et R groupes de 4 pièces mesure de résistance en ohm Y observations groupe y1 y2 y3 y4 1 5045 4350 4350 3975 2 4290 4430 4485 4285 3 3980 3925 3645 3760 . . . . . 51 5150 5250 5000 5000 X-bar and R Chart; variable: X_E7 Histogram of Means X-bar: 4503.2 (4503.2); Sigma: 323.54 (323.54); n: 4. 5400 5200 5000 4988.6 4800 4600 4503.2 4400 4200 4000 4017.9 3800 3600 3400 3200 0 4 8 12 16 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 2 6 10 14 Histogram of Ranges Range: 666.08 (666.08); Sigma: 284.65 (284.65); n: 4. 2200 2000 1800 1600 1520.0 1400 1200 1000 800 600 666.08 400 200 0 0.0000 -200 0 4 8 12 16 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 2 6 10 14 18 ______________________________________________________________________________ 20 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 21. EXEMPLE 2 : carte XmR X = viscosité polymère en cours de production observations durant 25 heures consécutives observations ordonnées dans le temps 2838 2785 3058 3064 2996 2782 2878 2920 3050 2870 3174 3102 2762 2975 2719 2861 2797 3078 2974 2805 3163 3199 3054 3147 3156 X and Moving R Chart; variable: X_E15 Histogram of Observations X: 2967.9 (2967.9); Sigma: 134.71 (134.71); n: 1. 3500 3400 3372.0 3300 3200 3100 3000 2967.9 2900 2800 2700 2600 2563.8 2500 2400 0 1 2 3 4 5 6 7 5 10 15 20 25 Histogram of Moving Ranges Moving R: 152.00 (152.00); Sigma: 114.84 (114.84); n: 1. 550 500 496.51 450 400 350 300 250 200 150 152.00 100 50 0 0.0000 -50 0 1 2 3 4 5 6 7 5 10 15 20 25 ______________________________________________________________________________ 21 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 22. EXEMPLE 3 : carte p avec n variable inspection à 100% d'un lot choisi parmi la production quotidienne échantillonnage durant une période de 121 jours X : nombre de pièces non conformes dans le lot la taille (n) du lot est variable d'une journée à l'autre observations jour n X 1 3350 31 2 3354 113 3 1509 28 4 2190 20 ………………… ………………. 121 3323 3 P Chart; variable: X_E31 Histogram of P P: .00696 (.00696); Sigma: .00162 (.00162); n: 2645.4 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 .01129 .00696 .00263 0.00 -0.01 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ______________________________________________________________________________ 22 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 23. EXEMPLE 4 : carte c X : nombre de non conformité sur un circuit imprimé observations 21 – – – – – 5 – – – – – – - 16 24 16 12 15 28 20 31 25 20 24 19 - 10 – – – 17 13 22 -19 - 39 – – – – - 17 - 25 30 24 16 19 C Chart; variable: x_defaut Histogram of C C: 20.269 (20.269); Sigma: 4.5021 (4.5021) 45 40 35 33.776 30 25 20 20.269 15 10 6.7628 5 0 0 2 4 6 8 10 5 10 15 20 25 1 3 5 7 9 11 ______________________________________________________________________________ 23 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 24. EXEMPLE 5 : carte U X = nombre d'imperfections sur des pièces de tissus l’ inspectée des tissus est variable aire observations Tissu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Aire 10 12 20 11 7 10 21 16 19 26 #Imp. 14 18 30 13 5 10 39 24 34 49 U Chart; variable: Imperf Histogram of U U: 1.5526 (1.5526); Sigma: .31960 (.31960); n: 15.2 3.5 3.0 2.5 2.2857 2.0 1.5 1.5526 1.0 .81952 0.5 0.0 -0.5 0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ______________________________________________________________________________ 24 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 25. GUIDE POUR ANALYSER DES DONNÉES EN MANAGEMENT ET EN INGÉNIERIE Le guide présente trois catégories d'affirmations concernant - les cartes de contrôle - les graphiques et les tableaux - le management. CARTES DE SHEWHART C1 Les cartes de contrôle de Shewhart complétées avec des histogrammes, des diagrammes de flux, des diagrammes de causes à effet, des diagrammes de Pareto et des diagrammes-temps contribuent à la compréhension. C2 Les bénéfices des cartes seront cachés à quiconque emploient des méthodes plus traditionnelles qui ne tiennent pas en compte correctement ou font abstraction de l'impact de la variabilité dans les données. C3 Les cartes de contrôle font intervenir le contexte et le processus associé. C4 L'essence des cartes de contrôle est la possibilité de faire des prédictions. C5 Une carte de contrôle filtre le bruit probable en vue de détecter un signal potentiel dans les données. C6 Les cartes de contrôle sont le commencement de la connaissance car elles permettent de poser les bonnes questions. C7 La clé de l'utilisation des cartes de contrôle vient avec la pratique de la méthode de pensée qui les accompagnent. C8 La première erreur de l'interprétation des données: interpréter un bruit comme un signal. C9 La deuxième erreur de l'interprétation des données: ne pas détecter un signal quand il est présent. C10 La méthode des cartes de contrôle de Shewhart établit un équilibre entre ces deux types d'erreur. C11 Un signal est un point hors contrôle et représente une opportunité pour découvrir comment améliorer un processus et obtenir un bénéfice économique. C12 Un signal est  tout point à l'extérieur des limites de contrôle statistiques  au moins 3 points de 4 points consécutifs plus près des limites de contrôle (zone de 2 sigmas à 3 sigmas) que de la ligne centrale;  8 points consécutifs du même côté de la ligne centrale;  8 points consécutifs croissants (décroissants) C13 Les données agrégées perdent leur contexte et sont un frein à leur interprétation et leur utilisation efficace. ______________________________________________________________________________ 25 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004
  • 26. GRAPHIQUES G1 Les graphiques sont beaucoup plus accessibles à l'esprit humain que les tableaux de données. G2 Un graphique peut révéler une structure intéressante dans les données. G3 Un tableau de valeurs submerge le lecteur de détails secondaires. G4 Un résumé numérique peut être un complément à un graphique mais ne peut jamais le remplacer. G5 L'interprétation des données ne peut se faire indépendamment de leur contexte. G6 L'interprétation des données repose sur une méthode d'analyse. G7 Les prédictions reposent sur la connaissance, les explications n'ont pas cette exigence. G8 Le but de l'analyse est la compréhension et la perspicacité. MANAGEMENT M1 Les rapports traditionnels de gestion sont remplis de multiples comparaisons d n ’e u caractéristique entre deux périodes : mois M année T vs mois M année T-1, cumulatif année T vs cumulatif année T-1, etc. M2 Les rapports traditionnels de gestion constituent un pauvre moyen pour communiquer des résultats numériques. M3 Aucune comparaison entre 2 valeurs ne peut être globale. M4 Une grande différence de pourcentage n'est pas nécessairement l'indication de la présence d'un signal. M5 Une petite différence de pourcentage n'est pas une indication de l'absence d'un signal. M6 Les données à intervalles réguliers (séries chronologiques) doivent être analysées avec des cartes de contrôle à valeurs individuelles et étendues mobiles. M7 La voix du processus définit ce que l'on obtient. M8 Seule une carte de contrôle permet d'obtenir la voix du processus. M9 La voix du client définit ce que l'on veut obtenir. M10 Le rôle du management est d'aligner la voix du processus avec la voix du client. ______________________________________________________________________________ 26 Bernard CLÉMENT, PhD IND2501 Ingénierie de la qualité février 2004