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数理・統計

工程能力指数 Cp/Cpk・ヒストグラム可視化

測定データまたはμ・σ直接入力からCp・Cpk・Pp・Ppk・Cpmを即座に算出。USL/LSLに対する不良率・PPM・σレベルを可視化。

データ入力
測定値 (最大100点、カンマまたは改行区切り)
USL(上限規格値)
σ
LSL(下限規格値)
σ
計算結果
Cp
Cpk
PPM不良数
σレベル
平均値 μ
標準偏差 σ
ヒストグラム + 正規分布フィット
ヒストグラム
正規確率プロット
Qq
理論・主要公式
$$C_p = \frac{USL-LSL}{6\sigma},\quad C_{pk}= \min\!\left(\frac{USL-\mu}{3\sigma},\frac{\mu-LSL}{3\sigma}\right)$$ $$C_{pm}= \frac{USL-LSL}{6\tau},\quad \tau = \sqrt{\sigma^2+(\mu-T)^2}$$

PPM不良率:$\text{PPM}= \left[1-\Phi\!\left(\frac{USL-\mu}{\sigma}\right)+\Phi\!\left(\frac{LSL-\mu}{\sigma}\right)\right]\times 10^6$

工程能力指数 Cp/Cpk とは

🙋
工程能力指数って、CpとCpkがあるみたいですけど、何が違うんですか?
🎓
大まかに言うと、Cpは「ばらつきの小ささ」、Cpkは「ばらつきの小ささ」と「中心のずれ」の両方を評価する指数だよ。例えば、このシミュレーターでUSL(上限)とLSL(下限)を固定して、平均値μを動かしてみると、Cpは変わらないけどCpkは大きく変わるんだ。中心がずれるとCpkは悪化するんだね。
🙋
え、そうなんですか!じゃあ、Cpが良くてもCpkが悪い工程って、実は問題があるということ?
🎓
その通り!実務で多いのは、機械の設定が少しずれているケースだね。部品の寸法が規格内に収まる幅(ばらつき)は十分狭い(Cpが高い)のに、平均値が規格の中心から外れている。そうすると、Cpkは低くなる。このシミュレーターでσ(標準偏差)を小さくしてCpを上げてから、μを動かしてCpkの変化を確認してみると、その関係がよくわかるよ。
🙋
なるほど!でも、PpやPpkってのも出てきますよね?Cp/Cpkとどう使い分けるんですか?
🎓
良い質問だね。Cp/Cpkは「短期」の工程能力を、Pp/Ppkは「長期」の工程能力を評価するんだ。Cp/Cpkはグループ内のばらつき(短期変動)を使うのに対して、Pp/Ppkは全てのデータのばらつき(長期変動)を使う。例えば、このツールで「測定値」を直接入力すると、両方が計算される。PpがCpよりずっと大きい場合は、日々の平均値が変動している(工程が不安定)可能性があるんだ。

よくある質問

工程平均が規格中心から大きく偏っていることを示します。例えばCpが高くてもCpkが低い場合、ばらつきは小さいが平均が規格外れに近い状態です。平均を規格中心に調整することで改善が期待できます。
実用的には最低20〜30個のデータが推奨されます。少なすぎると標準偏差の推定精度が低くなり、Cp/Cpkの信頼性が低下します。また、データは工程の安定した状態から採取してください。
測定データ入力では実データからμとσを計算するため、工程の実際のばらつきを反映します。直接入力は仮定値でのシミュレーション向けで、理想的な工程能力を確認したい場合に便利です。
Cp/Cpkはグループ内ばらつき(短期変動)を使い、工程が管理状態にある場合の潜在能力を示します。Pp/Ppkは全体ばらつき(長期変動)を使い、実際の工程性能を評価します。長期データにはPp/Ppkを参照してください。

実世界での応用

自動車部品の寸法管理:エンジン部品やボルトの直径など、厳密な寸法公差が要求される部品の製造工程で多用されます。PPAP(生産部品承認プロセス)の提出資料として、Cpk≧1.33(4σ相当)を証明することが求められます。

射出成形・プレス加工の工程評価:金型から生産されるプラスチック部品や金属部品の重量、厚さ、強度を管理します。CpとCpkを定期的に監視し、金型の摩耗や材料ロットの違いによる工程の変化を早期に検出します。

ISO/IATF 16949(自動車業界の品質マネジメントシステム):この規格では、製品・工程の特性を特定し、その工程能力を統計的に証明することが要求されています。Cp/Cpk/Pp/Ppkのレポートはその重要な証拠書類となります。

電子部品の電気特性管理:抵抗値やコンデンサの静電容量など、電気的特性が規格内に収まっているかを保証します。ヒストグラムとCpkを可視化することで、不良品が発生するリスク(PPM:百万個中の不良個数)を定量的に評価できます。

よくある誤解と注意点

まず、「Cp/Cpkが高い=不良品がゼロ」ではないという点を押さえよう。例えば、Cp=1.33(4σ相当)でも、片側で約63ppm(100万個に63個)の不良が発生する可能性がある。これは確率の話だから、たまたまロット内に不良が含まれることもある。指数は「リスクの度合い」を示すもので、絶対的な保証ではないんだ。

次に、データの前提条件を見落としがちだ。Cp/Cpkの計算は、データが「正規分布」に従っていることが暗黙の了解。でも実測データは、二山分布だったり、端に山ができたりする。このシミュレーターでヒストグラムを必ず確認して、「きれいな釣り鐘型」から大きく外れていないかチェックしよう。外れていたら、工程そのものが不安定かもしれない。

最後に、規格値(USL/LSL)の設定根拠が重要。機能上必要な公差なのか、それとも「とりあえず決めた値」なのかで、指数の解釈は全く変わる。例えば、ある隙間の規格を±0.5mmとしていたが、実は±0.8mmまで許容できるなら、無理に狭い規格でCpkを悪化させて悩む必要はない。まずは規格そのものの妥当性を疑ってみるのも一手だ。