SPC·实战笔记
模块四 · 计数型控制图 · 进阶

p 图 vs np 图:什么时候用哪个

培训课上我问过一屋子质量工程师:"p 图和 np 图,谁更准?"举手的一半选 p 图,一半选 np 图。答案是——一样准。它们在 n 恒定时是同一张图。真正该问的不是谁准,是"你这道工序的检验数,稳不稳"。

一、先说结论

省点时间,选型就三句话:

第一句:n 会变,只能用 p 图。 没得商量,np 图的限是按固定 n 算的,n 一变限就废。

第二句:n 恒定,两个都行,优先 np 图。 因为现场填件数比填百分比顺手,操作工不用做除法,也就少一道算错的机会。

第三句:n 恒定但要跟别人比、要看趋势跨型号,还是用 p 图。 率是无量纲的,能跟上个月比、能跟隔壁线比、能跟客户的 PPM 挂钩;件数不行,n 一换就没法比。

我在现场推 SPC 这些年,观察下来一个规律:全检工位多半 n 会变,抽检工位多半 n 能定死。 所以粗一点的经验是——全检站用 p 图,定量抽检站用 np 图。当然这只是起点,具体还得看下面这张表。

二、核心知识点拆解

2.1 一张表把两者摆平

对比维度p 图np 图
纵轴含义不合格品 p = D/n不合格品 D
子组容量 n允许变动必须恒定
中心线p̄ = ΣD / Σnn p̄ = ΣD / k
控制限p̄ ± 3√( p̄(1−p̄)/n )n p̄ ± 3√( n p̄(1−p̄) )
限的形状n 变则呈阶梯/曲线两条水平直线
现场填写要做除法,易算错直接数件数
跨批/跨线可比性,无量纲差,n 一换失效
与 PPM/良率对接直接换算(PPM = p×10⁶)要先除 n
分布基础二项分布二项分布(同一个)
样本量门槛n p̄ ≥ 5n p̄ ≥ 5

看最后两行——统计内核完全相同。所谓选型,从来不是选统计方法,是选表达方式适用约束。这话我在课上讲过很多遍,还是有人当成两种"精度不同的工具"。

p 图 vs np 图对比表可视化。做成左右分栏卡片:左栏橙色标题「p 图」,右栏深蓝标题「np 图」,逐行列出上表关键项,"允许变动 / 必须恒定"两格用高亮底色重点强调;底部横贯一条灰色带子写"统计内核:同为二项分布"。图注:"差别在表达和约束,不在精度"。
图 1 · p 图 vs np 图对比表可视化。做成左右分栏卡片:左栏橙色标题「p 图」,右栏深蓝标题「np 图」,逐行列出上表关键项,"允许变动 / 必须恒定"两格用高亮底色重点强调;底部横贯一条灰色带子写"统计内核:同为二项分布"。图注:"差别在表达和约束,不在精度"。

2.2 n 变动到什么程度,才必须放弃 np 图

现实里 n 很少绝对恒定,总有那么几件漏检、几件复检。到底允许多大浮动?

行业里通行的做法,是拿平均子组容量 n̄ 打底:

举个数:n̄ = 200,某天只检了 150。150/200 = 75%,正好压在 ±25% 的边界上。这时候 np 图的 UCL 实际偏松多少?

``` 按 n=200:UCL = 6.70 + 3√(6.70×0.9665) = 14.33 件,折合率 7.17% 按 n=150:n p̄ = 150×0.0335 = 5.025 UCL = 5.025 + 3√(5.025×0.9665) = 5.025 + 6.968 = 11.99 件,折合率 7.99% ```

拿 200 的限(14.33 件)去判 150 件的子组,等于要求坏 15 个才报警,而正确的门槛是 12 个。中间这 3 件的空隙,就是被你放过去的异常。

2.3 别忽略第三个选项:n 恒定时,率和数可以同时看

有个不太被提起的实用做法:图上画 np,标注栏写 p

也就是说,控制图主体按 np 画(现场友好),但在每个点旁边或图下方的记录栏里,同步登记折算后的百分率。这样操作工按件数点图,工程师和客户看的是率,两边都不别扭。表格模板加一列的事,成本几乎为零。

再往下,如果你的 MES 已经在自动采集,那这个纠结就更没必要了——系统里存的是 (n, D) 原始对,想看率显示率,想看数显示数,切换一下的事。真正需要人做选择的,是还在用纸质白板的工位。

三、车间真实案例:同一批数据,两种画法

用一家电机厂换向器压装工序的数据。这条线原本是定量抽检 n = 250,后来客户要求提高到全检,n 就随产量变了。我们把过渡期前后两段数据各取 8 个子组:

A 段(抽检期,n 恒定 = 250)

子组nDp
A125083.20%
A225062.40%
A3250114.40%
A425072.80%
A525093.60%
A625052.00%
A7250104.00%
A825083.20%

ΣD = 8+6+11+7+9+5+10+8 = 64,k = 8

``` n p̄ = 64 / 8 = 8.00 件 p̄ = 8.00 / 250 = 0.0320 √( n p̄(1−p̄) ) = √(8.00 × 0.968) = √7.744 = 2.783 UCL = 8.00 + 8.35 = 16.35 件(折合 6.54%) LCL = 8.00 − 8.35 < 0 → 0 ```

八个点全在限内,过程受控。这段用 np 图,操作工点得轻松。

B 段(全检期,n 随产量变)

子组nDp
B1820273.29%
B2640203.13%
B31150393.39%
B4730223.01%
B5980333.37%
B6560173.04%
B71240584.68%
B8880293.30%

Σn = 820+640+1150+730+980+560+1240+880

820+640 = 1460;+1150 = 2610;+730 = 3340;+980 = 4320;+560 = 4880;+1240 = 6120;+880 = 7000

ΣD = 27+20+39+22+33+17+58+29 = 245

``` p̄ = 245 / 7000 = 0.03500 √( p̄(1−p̄) ) = √(0.035 × 0.965) = √0.033775 = 0.18378 ```

逐子组算 UCL:

B7 的 p = 4.68%,没超它自己的 UCL = 5.07%,还在限内——但已经明显高出其余各点,配合第 12 篇讲的"连续多点同侧"准则要留个心眼。

这里的关键不在判异结论,在于:B 段的 n 从 560 跳到 1240,跨度 2.2 倍,早就冲出 ±25%。 假如有人图省事,硬按 n̄ = 875 算一组固定限(UCL = 5.36%),那 B6 那天的正确门槛本该是 5.83%、B7 那天本该是 5.07%,一条直线同时"冤枉"小批量、"放过"大批量。这就是选型错了的代价。

同一组 B 段数据的三种画法叠放对比:上图正确的 p 图阶梯限,中图错误的 p 图固定直线限(用红色标出 B6/B7 处限与真值的偏差区域),下图强行画 np 图(点子随产量起伏,完全看不出过程水平)。图注:"同一批数据,画错图能得出三种结论"。
图 2 · 同一组 B 段数据的三种画法叠放对比:上图正确的 p 图阶梯限,中图错误的 p 图固定直线限(用红色标出 B6/B7 处限与真值的偏差区域),下图强行画 np 图(点子随产量起伏,完全看不出过程水平)。图注:"同一批数据,画错图能得出三种结论"。

四、常见误区提醒

  1. 以为 p 图比 np 图"更高级更准"它俩在 n 恒定时是同一张图,形状、报警点完全一致。选型是选约束条件和沟通对象,跟精度无关。
  2. n 稍微变一点就当没看见,继续用 np 图±25% 是上限不是常态,而且必须是"个别子组"偶尔越界。要是每周都有两三天越界,说明你这工序本来就不该用 np 图。
  3. 两张图混着画:这周 np,下周 p,图纸还接在一起。中心线的量纲都不一样,接一起看趋势就是自欺欺人。换图种等于开新阶段,必须断点、重算限、图上标清楚。
  4. 拿 np 图的点子直接跟客户报"这个月坏了多少件"。np 图的 D 是抽检子组内的件数,不是全月总废品数,两者概念差着一个抽样比。这种数据张冠李戴,客户审核时最容易被抓。

五、小结 & 互动提问

p 图和 np 图不是竞争关系,是分工关系。n 会变找 p 图,n 定死优先 np 图,要跨线跨月比就回 p 图。真要给个一句话口诀:看得懂优先 np,比得了优先 p,变得动只能 p。

互动提问:把你手上那条产线最近 20 个子组的 n 拉出来,算一下最大值除以最小值。这个比值超过 1.6 了吗?如果超过了,你现在用的还是 np 图吗?

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【来源标注】本篇依据:GB/T 17989.2-2020《控制图 第2部分:常规控制图》(对应 ISO 7870-2)中计数型控制图的选择与构建部分;GB/T 17989.1-2020《控制图 第1部分:通用指南》关于控制图选型原则的规定;属性数据能力评价参见 ISO 22514-5。可配套互动页:iso-spc-kb/KP204.html(计数值控制图 p/np/c/u)、iso-spc-kb/KP201.html(控制图分类总览)、iso-spc-tutorials/series_controlcharts.html、iso-spc-tutorials/shewhart_control_chart_guide.html。
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