过程稳定性是指一个过程在确定的限制范围内能够持续、可预测地运行的能力。这就像是一个像可靠时钟一样运行的过程与一个像轮盘赌一样运行的过程之间的区别。
您是否体会过那种下沉的感觉：周五还完美运行的机器，到了周一早上却制造出了一堆废品？
这绝对是最糟糕的情况。
您没有更改设置，原材料看起来也是一样的，但结果突然变得乱七八糟。
在质量保证领域，这就是一个稳定性问题。
以前我也误解了一件事：我以为解决质量问题就是立即收紧公差或升级设备。
但事实证明，稳定性是其他一切乏味但必要的基础。
如果您的过程不稳定（由于“特殊原因”变异产生不可预测的结果），试图提高其能力就像试图在沼泽上盖房子。在盖房子之前，您需要坚实的地基。
在本文中，我们将分解通常令人困惑的概念，如普通原因变异与特殊原因变异，并向您展示它们如何决定您的质量策略。我们还将了解 统计过程控制（SPC） 中使用的工具如何帮助您可视化这种稳定性（或缺乏稳定性）。
让我们看看它是如何工作的。
目录
什么是过程稳定性？
当我们谈论过程稳定性时，您会发现我们谈论的不一定是产品的质量。这听起来可能有点反直觉，但稳定性实际上关乎可预测性。
把您的过程想象成汽车引擎的怠速。即使它运行完美，转速指针也不是完全静止不动的。
它会轻微上下摆动。这种摆动是自然的。
在计量学中，我们将此称为普通原因变异。当一个过程仅显示这些自然的、固有的波动，并且严格在定义的控制限内运行时，该过程被认为是稳定的。
如果过程操作随时间推移产生一致的输出，您就实现了稳定性。但这有一个棘手的区别，很多人都会在这里绊倒。
稳定性陷阱：不要将稳定性与满足客户混为一谈。稳定的过程会产生一致的结果，但这些结果可能始终是错误的。稳定性指的是统计上的可预测性，而不是您是否满足了图纸上的特定公差。
当特殊原因变异介入时，过程通常就不再稳定了。
这些是外部干扰（如工具断裂或原材料突然变化），迫使过程脱离其自然节奏。一旦发生这种情况，一切都乱套了，您再也无法预测输出。
普通原因变异
在质量保证中，我们常常痴迷于一致性。
但物理上不可能做到完美。
没有两个零件是完全相同的，因为重力、摩擦和物理规律总是会造成影响。我们将这种固有的、背景水平的不一致性称为普通原因变异。
我喜欢把这想象成您每天上班的通勤。即使您每天早上在完全相同的时间出发，您的到达时间也会相差几分钟。也许您会遇到红灯，也可能不会。
您不会因为这种差异而惊慌。它是随机的、预期的，只是“交通驾驶”系统的一部分。
在您的生产线上，这些变异来自于数十个微小的、不可避免的因素的综合影响。
它与所有事物相互作用，包括原材料的微小差异、刀尖的正常磨损、操作员的轻微变动，甚至是车间温度的小幅变化。
这是稳定性的黄金法则：只有当所有特殊原因都被消除，并且它仅表现出普通原因变异时，过程才被认为是稳定的。
您无法通过调节旋钮或向操作员大喊大叫来消除普通原因变异。
由于这些波动已融入系统设计中，减少它们的唯一方法是彻底重新设计过程本身。
通常您必须升级机器或更换材料才能看到改变。
特殊原因变异
如果说普通原因变异像是过程的背景嗡嗡声，那么特殊原因变异（常被称为可归属原因）就是一声巨响。
它代表了将过程行为完全推离轨道的意外中断。
回到“日常通勤”的心智模型。
如果您开车上班通常需要 25 到 35 分钟（取决于红绿灯），这就是普通原因变异。但如果有一天因为爆胎花了 90 分钟，那就是特殊原因变异。
这不仅是“交通更拥堵一点”。这是一个改变了系统的特定的、可识别的事件。
在制造环境中，这些“爆胎”通常来自我们可以查明的来源：
- 设备故障（工具在轮班中途断裂）
- 操作员错误（有人跳过了一个步骤）
- 材料缺陷（一批钢材太硬）
- 过程变更（意外的参数偏移）
当特殊原因袭来时，您的过程变得不可预测。
在控制图上，您会看到数据点跳出计算出的控制限。这是过程不稳定的信号。
您无法通过调整通用设置来解决这个问题。您必须停下来，调查并修复导致混乱的具体干扰。
这里有个陷阱：如果您试图通过调整整体过程参数（如更改偏置）来修复特殊原因，实际上会增加变异。您必须先隔离特定事件。
区分变异类型
识别变异类型不仅仅是学术练习。
它是解决问题还是意外破坏过程之间的区别。一旦我理解了背后的数学原理，这个概念就带来了巨大的效率提升。
如果您把普通原因变异（随机噪声）当作一个特定的错误来处理，您最终会干扰系统。通过不断为每一个微小的下降或尖峰调整设置，您实际上增加了输出的更多变异性。
您基本上是在与宇宙的自然随机性作斗争。
为了解决这个问题，我们依靠贝尔实验室 Walter Shewhart 博士的研究成果。
他为我们提供了今天控制图背后的统计逻辑。
Shewhart 确定，在一个正常的、稳定的系统中，99.73% 的数据点自然落在平均值正负 3 个标准差范围内。
把这些限制想象成牧场里的围栏。在围栏内移动的牛群是正常的（普通原因）。如果有动物跳过围栏，那就是您需要调查的事件（特殊原因）。
当数据点落在这些边界之外时，这就是一个特殊原因变异。
那是您寻找根本原因的信号。
但如果数据保持在限制范围内呢？您必须抑制干预的冲动。在这里采用错误的修正方法会造成不稳定性，而不是解决它。
控制图
盯着原始测量数据的电子表格让人头疼。
您无法轻易看到数字背后的故事。这就是控制图成为您工作流程中必备工具的原因。
控制图就像高速公路上的车道标线。您的过程试图在中间行驶，但随着时间的推移，它自然会向左或向右偏移一点。
该图表按照时间顺序根据三条具体的计算线绘制您的过程数据：
- 中心线：数据的平均值（均值）。
- 控制上限 (UCL)：变异的顶部“护栏”。
- 控制下限 (LCL)：变异的底部“护栏”。
它看起来很简单，但这支持了一个强大的心智模型。
统计上，如果过程稳定，99.73% 的数据点应该落在这些限制之间。这为您提供了一种即时的视觉方式来区分稳定区域（正常驾驶）和不稳定区域（撞上减速带）。
运行图和散点图
虽说控制图是过程稳定性的主力军，但对于快速分析来说，有时感觉有点大材小用。
事实证明，更简单的视觉工具往往能更快揭示数据背后的故事。
在计算控制限之前，我们通常从两个好朋友开始：运行图和散点图。
把运行图想象成您生产过程的电影时间轴。
您只需按收集的时间顺序列出数据点。它极其简单，但能为您提供关于过程随时间表现的强大心智模型。
运行图擅长揭示摘要统计数据可能隐藏的趋势（缓慢上升或下降）和偏移（平均值的突然跳跃）。
如果说运行图是关于时间的，那么散点图就是关于关系的。
它们帮助您回答诸如“烤箱温度真的会影响零件硬度吗？”之类的问题。通过将一个变量对应另一个变量作图，您可以直观地发现相关性。
如果点形成一条紧密的线，就存在联系。
如果看起来像散弹枪打出的痕迹，那就没有关系。
这些工具是控制图的完美搭档。它们让您在深入复杂的数学计算之前，快速发现异常值和奇怪的模式，帮助您整理数据。
稳定过程的好处
一个稳定的过程就像一条铺好的高速公路。当路面平滑时，您可以设置巡航控制，也能准确预测何时到达目的地。
但是，如果道路充满意想不到的坑洼（特殊原因），您就必须不断猛踩刹车才能走完这趟旅程。
事实证明，稳定性是改进的绝对前提。
您根本无法优化一个混乱的系统。如果您的基准不断变化，您无法知道您所做的改变是否真的有帮助，或者结果只是随机的运气。
稳定的过程为建立真正的运营效率提供了坚实的基础。
过程稳定性并不意味着过程是完美的。它只是意味着它是一致的。在有效提高其能力之前，您必须先稳定一个过程。
更高产量
当您的过程稳定时，它就像一个完美校准的烤箱。如果遵循食谱，每次都能得到同样的曲奇饼。
这种一致性对于您的生产产量非常重要。
因为变异是可预测的，您不再生产意外的缺陷。您不会扔掉昂贵的原材料，也不会在返工上浪费时间。
相反，您可以自信地规划您的生产能力，因为机器会在您预期的时间生产出您预期的东西。
捕捉和修复变异的能力
稳定过程最棒的地方在于它突显问题的清晰程度。
在安静的图书馆里，即使是轻声耳语听起来也很响亮。对吧？
在稳定的过程中，固有随机变异的“噪声”很低，所以当特殊原因变异出现时，它会立即显现出来。
通过使用控制图等工具，您可以立即发现这些偏差。
这使您可以在计划停机期间修复小问题，而不必等待灾难性的故障。您在漂移变成全面缺陷之前就捕捉到了它。
更高的效率
不稳定的过程让人筋疲力尽。
您必须不断调整刻度盘并四处救火，只为维持运转。稳定的过程就像开启了巡航控制。
它以最少的干预进行可预测的运行，让您腾出手来专注于高价值的工作。
这种可预测性会波及您的整个运营。因为不需要报废坏批次，您减少了材料浪费，您的周期时间也能达到稳定的节奏。
它创造了一个具有成本效益的循环，资源被用于实际生产，而不是损失控制。
不稳定过程的后果
运行不稳定的过程感觉就像开着一辆方向盘松动的车。您可能会在车道上保持几英里，但您全程都在紧张地抓着方向盘。
这把您的运营变成了一场赌博。虽然您偶尔可能走运，但依靠运气的商业风险很高。
客户不满
客户渴望一致性。
当不稳定的过程在周一交付完美的零件却在周二交付缺陷时，信任就会蒸发。在错过了交货窗口或不稳定的质量灼伤了客户之后，修复关系是非常困难的。
这就是为什么您总是希望您的过程稳定。
如果您的工具随机变得不可靠会怎样？您最终会在您的过程中遇到特殊原因变异。
成本增加
不稳定性就像是您生产预算中的隐形税。
您不仅仅是在为显而易见的废料或返工材料买单。您还在支付“恐慌”成本：紧急调查会议、计划外停机和加急运输费用。
这些隐性支出比几乎任何其他东西都会更快地吞噬利润。
不可预测的性能
这是最让管理者感到沮丧的部分。
您无法围绕一个每天行为都在变化的过程进行有效计划。如果您不知道机器明天会做什么，您的产能预测就只是猜测。
此外，您无法实施改进，因为您站在流沙上，您需要先有一个稳定的基础。
提高过程稳定性
既然我们知道了它是什么，以及为什么它很重要，让我们动手干吧。
提高过程稳定性具有挑战性，因为您不能以相同的方式处理每个数据点。事实证明，您使用的策略完全取决于您是在处理普通原因还是特殊原因变异。
如果您试图把正常的系统噪声当作特定的错误来“修复”，实际上会让过程变得更不稳定。这是一个典型的陷阱，称为过度调整（tampering）。
为了真正提高稳定性，我们需要区分这些变异，并对每种变异应用独特的工具包。
过度调整陷阱：如果您通过调整过程设置来应对普通原因变异（噪声），您会引入更多变异。只有当您确定了特殊原因时，才应调整过程。
减少普通原因变异
普通原因变异是您过程的“背景白噪声”。
它源于系统设计本身（如机器的自然精度限制、原材料的细微差异或环境湿度）。因为这种变异是固有的，您无法通过要求操作员更努力来消除它。
要减少这种情况，您必须改变系统。
这通常涉及识别那些引入风险而不增加质量的非增值步骤。
您可能需要投资于设备升级，执行深度维护，或严格标准化材料处理方式。
您不是在纠正错误，您是在重新设计道路，让它更平坦。
管理特殊原因变异
特殊原因变异是某种特定事物侵入过程的信号。
这可能是工具断裂、突然的电涌，或者新操作员误解了指令。
当数据点跳出您的控制限时，过程是在告诉您：“我现在表现很奇怪”。
对于这些问题，您需要成为一名侦探。
您使用根本原因分析来追踪触发警报的特定事件。目标是采取纠正措施来解决眼前的混乱，然后采取预防措施（如新传感器或培训更新），以便该特定问题不再发生。
持续稳定的最佳实践
让您的过程稳定是一个巨大的胜利，但现实是：它很少会自动保持这种状态。
把它想成给吉他调音。您可能今天调得音调完美，但温度变化和日常弹奏最终会让它走调。
维持稳定性需要时刻保持警惕和严肃的组织承诺。
您不能只是设置好就不管了。
为了防止事情偏离正轨，我们需要一个结构化的心智模型来指导我们的维护。
这里的重头戏是六西格玛 DMAIC 框架。它听起来像是一口企业术语，但实际上是系统改进的超级武器。
DMAIC 循环：
- Define（定义） 问题。
- Measure（测量） 当前绩效。
- Analyze（分析） 根本原因。
- Improve（改进） 过程。
- Control（控制） 收益，确保它们保持下去。
“控制”阶段是大多数人跳过的阶段，但对于锁定您的进展至关重要。
虽然 DMAIC 处理大型结构修复，您也需要管理日常工作流程。这正是改善（Kaizen），即持续改进的闪光点。
它赋予一线人员识别和消除微小浪费或变异来源的权力，防止它们像滚雪球一样变大。
事实证明，当微妙的普通原因变异开始表现奇怪时，您的操作员通常是第一个注意到的。
然而，只有知道要找什么，他们才能帮上忙。您需要投资培训您的团队，让他们掌握统计方法和过程监控。
当员工理解图表背后的“为什么”时，他们就不再仅仅是操作员，而成为真正的过程所有者。
这种责任感是让您长期保持高稳定性得分的神奇配方。
结论
过程稳定性归根结底就是一个词：可预测性。
这是一种内心的平静，因为您知道您的制造过程是在其自然的、既定的控制限内运行，而不是随机乱跳。
在这篇文章中，我们围绕变异建立了一个心智模型。
我们区分了普通原因变异（系统固有的背景噪声）和特殊原因变异（特定的、可识别的故障）。
区分这两者是大多数质量问题的根源。如果您试图修复普通原因变异，就好像它是一个特殊事件一样，通常会让过程变得更糟。
这就是为什么控制图如此有价值。
它们就像过滤器，让您忽略噪声，完全专注于重要的信号。当您掌握了这一点，收益是真实的。您会获得更高的产量、更低的成本，以及让客户回购的一致性。
记住这里的要点：稳定性不等于质量。您可能拥有一个完美稳定的过程，但始终如一地生产坏零件。
然而，稳定性是过程能力分析的强制性先决条件。
您必须先稳定病人，然后才能改善他们的健康状况。
我希望本指南能帮助您以不同的方式看待您的生产数据。
这不仅仅是关于救火。它是关于建立一个稳健、可预测且准备好改进的系统。所以去抓取历史数据，把它绘制在图表上，看看您的过程试图告诉您什么故事。
常见问题
制造中的过程稳定性意味着什么？
过程稳定性意味着您的生产系统在特定限制内可预测地运行。它不会因意外事件而剧烈波动。当过程稳定时，您可以相信未来的输出将类似于过去的输出。这种可预测性使您能够有效地进行计划并维持一致的质量标准。
为什么拥有稳定的过程对您的运营很重要？
稳定的过程可以减少浪费和返工，因为您的输出是一致的。它使您能够准确预测产量并规划产能。如果没有稳定性，您将面临不断的救火和不可预测的成本。在您可以致力于提高过程能力之前，建立稳定性是必要的基础。
普通原因变异和特殊原因变异有什么区别？
普通原因变异涵盖了系统中固有的自然波动，如轻微的温度变化。特殊原因变异源于特定事件，如工具断裂或操作员错误。您必须准确识别类型，因为将普通原因当作特殊原因处理实际上会降低性能。
稳定的过程还会产生缺陷部件吗？
是的。稳定性仅意味着过程是一致的和可预测的。它不保证输出符合客户规格。稳定的过程可能会持续生产太大或太小的零件。您必须首先实现稳定性，然后将过程居中以满足质量要求。
控制图如何帮助区分变异类型？
控制图根据计算出的统计边界绘制过程数据。当数据落在这些限制内时，变异可能归因于普通原因。限制之外的点发出特殊原因的信号。使用这些图表可以防止您对噪声做出反应或错过来自过程的重要信号。
对于特殊原因变异，您应该采取什么行动？
特殊原因通常来自特定事件，如设备故障或材料缺陷。您需要执行立即的根本原因分析来确定来源。目标是纠正该具体问题并防止其复发。不要因为单个特殊原因事件而调整整体过程参数。
如何减少过程中的普通原因变异？
您通过改变系统本身而不是调整特定输入来减少普通原因变异。这通常涉及升级机械、提高原材料质量或标准化工作程序。试图通过现场调整来修复普通原因通常会增加整体变异并破坏过程的稳定性。
为什么要先建立稳定性再衡量能力？
稳定性确保您的过程随时间表现出可预测性。如果过程不稳定，平均输出会漂移，使能力计算变得不可靠。如果过程本身不断变化，您无法验证过程是否符合客户公差。在评估输出是否符合规格之前，您必须稳定变异。
