home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Explore the World of Soft…e: Engineering & Science / Explore_the_World_of_Software_Engineering_and_Science_HRS_Software_1998.iso / programs / statistc / qmp9210.txt < prev    next >
Text File  |  1997-09-22  |  65KB  |  1,176 lines

  1.        QMP makes CGA-graphics displays of six types of QMP and/or Alternative
  2.        Charts for Quality-Trend-Monitoring.  QMP accepts Keyboard or Batch
  3.        data file input, writes detailed results to an output file, and makes
  4.        optional dumps of its graphics screen to your PC's slave printer.
  5.  
  6.         Trend Chart Type:  I ==> QMP I-plots [Bayesian Confidence Intervals]
  7.         -----------------  F ==> QMP Forecast Ahead Intervals [and I-s]
  8.                            B ==> QMP Process Standard Error Boxes [and I-s]
  9.                            N ==> Normal Theory QMP I-plots
  10.                            E ==> Exp.Weighted Moving Indices and Forecasts
  11.                            S ==> Shewhart t-Rate Control Charts
  12.  
  13.        ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
  14.        │                     Table of Contents                               │
  15.        ├─────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
  16.        │  Input Data Restrictions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 │
  17.        │  Naming Conventions and Contents of QMP Output Files. . . . . . . 2 │
  18.        │  Resetting QMP Internal Parameters. . . . . . . . . . . . . . . . 3 │
  19.        │  Audible Signaling Options. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 │
  20.        │  Background Information on QMP. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 │
  21.        │  Equivalent Defects & Defect Expectancy . . . . . . . . . . . . . 5 │
  22.        │  QMP Trend Chart Graphical Conventions. . . . . . . . . . . . . . 5 │
  23.        │  SUMMARY of Advantages of Attributes QMP Methodology. . . . . . .11 │
  24.        │  Normal Theory QMP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 │
  25.        │  Exponentially Weighted Moving Indices. . . . . . . . . . . . . .12 │
  26.        │  Shewhart t-Rate Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . .13 │
  27.        │  REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 │
  28.        │  Appendix 1: The EIGHT Trend Chart BENCHMARK Examples . . . . . .14 │
  29.        │  Appendix 2: Advanced Topics in Interpretation. . . . . . . . . .16 │
  30.        │  Appendix 3: Exp.Weighted Moving Average Algorithm. . . . . . . .20 │
  31.        └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
  32.                                      - 2 -
  33.  
  34.  
  35.  
  36.                            ┌───────────────────────────┐
  37.                            │  Input Data Restrictions  │
  38.                            └───────────────────────────┘
  39.  
  40.        Data must be input to QMP in the form of Equivalent Defects (ED) and
  41.        Equivalent Expectancies (EE) for a series of consecutive reporting
  42.        periods (at most 50 history periods and 12 current, DISPLAY periods.)
  43.        For details on ED's and EE's, see the material starting on page 4.
  44.  
  45.          Here is a simple example of "expectancy" at standard quality: If you
  46.          inspect 250 units where the quality standard is 0.004 defects/unit,
  47.          then you "expect" to see one defect.
  48.  
  49.          CAPQUANT software (a separate module in this "QA Training Tool"
  50.          series) can be used to convert almost any single (or pair) of
  51.          quantitative variable(s) into equivalent defects (nonconformances)
  52.          and expectancies.  The user can specify any one of ten types of
  53.          cost-of-poor-quality loss functions.  Due to this "Poissonization",
  54.          Obenchain(1991), each EE is (at least, approximately,) both the mean
  55.          and the variance if its corresponding ED.
  56.  
  57.          When forming composite quality indicies, sum together all ED's and
  58.          EE's for a reporting period.  Enter only these sums into QMP.
  59.  
  60.  
  61.             ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
  62.             │   Naming Conventions and Contents of QMP Output Files   │
  63.             └─────────────────────────────────────────────────────────┘
  64.  
  65.        The 3-character filename EXTension of the QMP output file indicates
  66.        which of the three types of calculations were performed...
  67.  
  68.           OTI ==> The following 11 measures for each Attributes QMP I-plot:
  69.                   defct = equivalent defects
  70.                   exptc = equivalent expectancy
  71.                     q95 = lower 95% quality index for current period
  72.                      q5 = upper  5% quality index for current period
  73.                    best = best measure of current quality
  74.                    pavg = process average quality over current window
  75.                    indx = raw quality index for current period
  76.                    symb = plotting symbol for current index
  77.                    pvar = variance of current process average
  78.                    bvar = variance of current best measure
  79.                    pfac = P - factor
  80.  
  81.           OTF ==> Basic 11 Measures of OTI plus two Forecast Ahead Bounds:
  82.                     f95 = lower 95% forecast index for next period
  83.                      f5 = upper  5% forecast index for next period
  84.  
  85.           OTB ==> Basic 11 Measures of OTI plus two Process Average Bounds:
  86.                     p95 = lower 95% quality index for process average
  87.                      p5 = upper  5% quality index for process average
  88.                                      - 3 -
  89.  
  90.  
  91.  
  92.           OTN ==> Basic 11 Measures of OTI except uses Normal Theory QMP
  93.  
  94.           OTE ==> The following 9 measures for each reporting period
  95.                   defct = equivalent defects
  96.                   exptc = equivalent expectancy
  97.                     q95 = lower 95% EWMA Forecast Limit
  98.                      q5 = upper  5% EWMA Forecast Limit
  99.                  ewmdef = Exp.Weighted Moving Average Defects
  100.                  ewmexp = Exp.Weighted Moving Average Expectancy
  101.                   ewavg = Exp.Weighted Moving Average INDEX = ewmdef/ewmexp
  102.                    indx = raw quality index for current period = defct/exptc
  103.                  sigma2 = Variance of ewmdef
  104.  
  105.           OTS ==> The following 3 measures for each reporting period
  106.                   defct = equivalent defects
  107.                   exptc = equivalent expectancy
  108.                  t-rate = Shewhart t-Rate = ( exptc - defct ) / sqrt( exptc )
  109.                            ...i.e. upward (+) values represent good quality,
  110.                            while downward (-) values represent poor quality.
  111.  
  112.                    ┌──────────────────────────────────────────┐
  113.                    │     Resetting QMP Internal Parameters    │
  114.                    └──────────────────────────────────────────┘
  115.  
  116.        If a file named QMP-PARM.SET is within the "current working directory"
  117.        from which QMP.EXE is invoked, QMP will read that file to initialize
  118.        its parameters.  Otherwise the following defaults will be used:
  119.        ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
  120.        │  0.4  =  e0, start-up equivalent expectancy                         │
  121.        │  0.4  =  x0, start-up equivalent defects = theta0 * e0              │
  122.        │  1.0  =  I0, start-up quality index                                 │
  123.        │  0.55 =  gamma0, prior mean of gammasq, the process variance        │
  124.        │  2.2  =  maxgammasq, 95% point of the prior distribution of gammasq │
  125.        │  1.0  =  sigma0, variables QMP prior sampling variance              │
  126.        │  1.0  =  QMPtunes, audible signaling time factor [0.0,2.0]          │
  127.        └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
  128.        NOTE: Setting the QMPtunes time factor to 0.0 in a QMP-PARM.SET file
  129.        elimates "audible signaling."  But, if either no QMP-PARM.SET file is
  130.        present in the current working directory or else the QMPtunes time
  131.        factor is set to a strictly positive value, audible signaling can
  132.        occur.  Under these latter circumstances, the 'Y'es or 'N'o signaling
  133.        options specified either from your Keyboard or else within your Batch
  134.        Input (.IN) file will then either retain or eliminate audible
  135.        signaling.  The duration of audible signaling can vary from quick
  136.        [small time factor = 0.1] to slow [max time factor = 2.0].
  137.  
  138.        QMPtune's audible tones provide some not-particularly-subtle "aids-to-
  139.        interpretation" of Quality Index Intervals on Trend Charts...
  140.  
  141.                    Case 1:  q95 <= 1     High Quality...CHARGE Ahead!!!
  142.                    Case 2: q5<1 & q95>1  At Standard....no sound
  143.                    Case 3:  q5  >  1     Below Normal...a DEATH in your
  144.                                                         immediate family.
  145.                                      - 4 -
  146.  
  147.  
  148.  
  149.                     ┌──────────────────────────────────────────┐
  150.                     │      Background Information on QMP       │
  151.                     └──────────────────────────────────────────┘
  152.        QMP is a totally-integrated, graphical approach to quality monitoring
  153.        that offers both theoretical and practical advantages over
  154.        conventional control charts for revealing quality trends.  An
  155.        individual quality manager may wish to view different processes in
  156.        different ways using his or her favorite methodology (Shewart, X-bar &
  157.        R or S, Moving Average, Cusum, P-Charts, Summary Tables, Verbal
  158.        Commentaries) for each different situation.  But the tasks of making
  159.        comparisons across processes and developing consensus views are
  160.        greatly facilitated by having a single, common way to monitor all
  161.        quality processes.  QMP makes "common ground" visible by incorporating
  162.        state-of-the-art statistical methodology that is applicable to all
  163.        types of quality trend monitoring activities.
  164.  
  165.        QMP graphical displays (called Trend Charts) have a "look" that is
  166.        different from the control charts produced by other methodologies.
  167.        New users do need to be trained how to read these Trend Charts.  In
  168.        fact, the interpretation of Trend Charts is one of the main topics of
  169.        this introduction.  Study of the material discussed here will convince
  170.        you that the "rules" for reading Trend Charts are simple, straight-
  171.        forward, and objective.  You will find that QMP results are actually
  172.        rather difficult to "misinterpret" because no subjective opinions or
  173.        visual extrapolations/interpolations are needed to read them properly.
  174.  
  175.        On the other hand, QMP displays might be even easier to read if they
  176.        were not as fully informative as they are.  Consider the following
  177.        list of features of QMP Trend Charts:
  178.                * Definitive "Zero-Defect" Limit...attained only when all
  179.                  observed values fall at their Process Target Value(s),
  180.  
  181.                * Process Capability "Standard" for Deviations from Target,
  182.  
  183.                * Quality INDEX Scale...showing the ratio of the Observed
  184.                  Cost-of-Poor-Quality to the Expected Cost at the Process
  185.                  Capability Threshold,
  186.  
  187.                * Purely Descriptive Measure of Quality within the Current
  188.                  Reporting Period (Month or Week),
  189.  
  190.                * Powerful Statistical Inferences (Confidence Intervals) that
  191.                  utilize the Process "Track Record" (History) over a Window
  192.                  of Recent Reporting Periods, and
  193.  
  194.                * Special Signals to indicate Missing Data (Skipped Periods) or
  195.                  Poor Performance demanding immediate Management Action.
  196.  
  197.        Every "conventional" control charting method (Shewart, X-bar & R or S,
  198.        Moving Average, Cusum, P-Charts) fails to inform its reader about at
  199.        least one of the points that are prominently displayed on every QMP
  200.        Trend Chart.  In fact, nothing less than QMP can provide sound
  201.                                      - 5 -
  202.  
  203.  
  204.  
  205.        quantitative underpinnings for the full spectrum of modern "Total
  206.        Quality Control" and "Statistical Process Control" rhetoric.
  207.  
  208.                   ┌──────────────────────────────────────────┐
  209.                   │  Equivalent Defects & Defect Expectancy  │
  210.                   └──────────────────────────────────────────┘
  211.  
  212.        EXPECTANCY is a better measure than sample size of the amount of
  213.        information in a sample.  EXPECTANCY is the number of defects
  214.        expected at Standard Quality.  It is defined as the sample size, n,
  215.        times the Standard Quality per unit, s.  It allows a more equitable
  216.        comparison of Trend Charts for different products, where the sample
  217.        sizes may be the same, but the Standard Quality per unit is
  218.        different, as shown by the following example.  A sample of 100
  219.        cartons of aerosol cans has a relatively large defect expectancy as
  220.        compared to a sample of 100 tablets from one bottle, which has a
  221.        much smaller defect expectancy.  We obtain a lot more information
  222.        from inspecting 100 cartons than from inspecting 100 tablets even
  223.        though the sample sizes are the same.
  224.  
  225.          Attributes Data: Proportion of Non-Conforming (Defective) Units
  226.          ---------------------------------------------------------------
  227.            n  = sample size inspected
  228.            s  = quality standard in proportion defective
  229.            ED = observed number of defects
  230.            EE = defect expectancy = n times s
  231.  
  232.          Variables Data: Quantitative Measurements
  233.          -----------------------------------------
  234.            Q  = Cost-of-Poor-Quality Loss Function that Measures the $$$
  235.                 Impact of Deviations of Measurements from Target Value(s).
  236.          E(Q) = Expected Value of Q at Present Capability
  237.          V(Q) = Variance of Q at Present Capability
  238.            ED = Equivalent Defects    = Q times [ E(Q) divided by V(Q) ]
  239.            EE = Equivalent Expectancy = [ square of E(Q) ] divided by V(Q)
  240.  
  241.        The process of converting observed LOSS into Equivalent Defects and
  242.        Equivalent Expectancy is called "Poissonization", Obenchain(1991.)
  243.        Nothing more is involved in this process than a simple "Change-of-
  244.        Scale"...ED equals Q times the known constant value that assures that
  245.        the Mean and Variance of ED will be EQUAL (to EE = Equivalent
  246.        Expectancy.) This equality of mean and variance is characteristic of
  247.        Poisson Distributions.
  248.                                      - 6 -
  249.  
  250.  
  251.  
  252.                   ┌───────────────────────────────────────────┐
  253.                   │ ┌───────────────────────────────────────┐ │
  254.                   │ │ QMP Trend Chart Graphical Conventions │ │
  255.                   │ └───────────────────────────────────────┘ │
  256.                   └───────────────────────────────────────────┘
  257.  
  258.        Trend Charts provide both a series of I-Plots and a process average
  259.        quality line that show, respectively, product quality within the
  260.        current period and long-range quality trends over time.
  261.  
  262.        QMP utilizes not only data from the current rating period, but also
  263.        makes an assessment of how well all of the data within a WINDOW of
  264.        recent rating periods are related to CURRENT QUALITY.  (This Window is
  265.        usually either 6 months or 13 weeks wide.)  Using that assessment, QMP
  266.        then combines current data with recent process history to make an
  267.        optimal statistical evaluation of the CURRENT QUALITY of the process.
  268.        How much better the evaluation turns out to be depends on the relevance
  269.        of the historical data.
  270.  
  271.  
  272.         ┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
  273.         │ Trend Chart AXES...                                          │
  274.         │                                                              │
  275.         │  Q      0┌───────────────────────┐ <───Zero Defect Limit     │
  276.         │  u  I    │                       │                           │
  277.         │  a  n   1├───────────────────────┤ <───Process Capability    │
  278.         │  l  d    │                       │     Threshold             │
  279.         │  i  e    │                       │     (Quality Standard)    │
  280.         │  t  x    │                       │                           │
  281.         │  y      5└───────────────────────┘ <───Bad Quality Limit     │
  282.         │                  Time ───>        (Off-the-Chart Threshold)  │
  283.         └──────────────────────────────────────────────────────────────┘
  284.  
  285.  
  286.                                     The Time Scale
  287.                                     ──────────────
  288.        The symbols running horizontally across the top of the Trend Chart
  289.        identify monthly or weekly "rating periods."  Months are identified by
  290.        the initial letter of their name: J F M A M J J A S O N D.  The 52 weeks
  291.        of a year are divided into 4 quarters; the 13 weeks of each quarter are
  292.        identified as 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 A B C.  Quality in each rating period
  293.        is shown by the I-Plot below the period symbol.
  294.  
  295.                                    The Index Scale
  296.                                    ───────────────
  297.        On the left side of a Trend Chart is an "Index Scale" used for measuring
  298.        quality.  This scale runs from 0 to 5, with 1 representing Standard
  299.        Quality.  When Observed Quality is equal to what would be Expected at
  300.        Standard, the index (or ratio) equals 1.  Values of the index less that
  301.        1 represent better-than-standard quality; values greater than 1 show
  302.        worse-than-standard quality.  For example, the value 2 would mean that
  303.        there are twice as many defects observed as expected under the quality
  304.        standard.
  305.                                      - 7 -
  306.  
  307.  
  308.  
  309.                                         UP is GOOD
  310.                              0  ┌────── ...High Quality
  311.                              1  ├─
  312.                              2  │
  313.                              3  │
  314.                              4  │
  315.                              5  └────── DOWN is BAD
  316.                                         ...Low  Quality
  317.  
  318.        Standard Quality is defined to be the Quality Level corresponding to the
  319.        Threshold of the Present Capability of a Process.  Using Statistical
  320.        Process Control, Processes can be maintained either right at their
  321.        Standard Level or even BETTER...i.e. fewer defects or lower Cost-of-Poor-
  322.        Quality.  The Standard is usually specified at the bottom of each Trend
  323.        Chart in terms of a (Per Measurement) Expected Value and Variance for
  324.        LOSS (Cost-of-Poor-Quality.)
  325.  
  326.  
  327.                              The Symbols on Trend Charts
  328.                              ───────────────────────────
  329.  
  330.        For each reporting period (month or week) in a Trend Chart there is an
  331.        I-Plot consisting of four elements: a vertical line segment with two end
  332.        points, a horizontal dash, an X, and a circle.  The circles in the
  333.        figures are connected from period to period by lines which run generally
  334.        horizontally across the Trend Chart.  Let's take a closer look at one of
  335.        the I-Plots:
  336.  
  337.         ┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
  338.         │                                                              │
  339.         │        ─┬─   <─── 5% Quality Percentile                      │
  340.         │         │                                                    │
  341.         │       _ │                                                    │
  342.         │        -O_   <─── Long Run (Process) Average Quality Index   │
  343.         │         │ -                                                  │
  344.         │        ─┼─   <─── Best Measure of Current Quality            │
  345.         │         │                                                    │
  346.         │         │                                Observed            │
  347.         │         X    <─── Current Sample Index = ──────── Ratio      │
  348.         │         │                                Expected            │
  349.         │         │                                                    │
  350.         │        ─┴─   <───95% Quality Percentile                      │
  351.         │                                                              │
  352.         └──────────────────────────────────────────────────────────────┘
  353.  
  354.        CURRENT SAMPLE INDEX (the X):  The quality index for the sample
  355.        taken in the current rating period (month or week) is called the
  356.        CURRENT SAMPLE INDEX and is simply the ratio of the number of
  357.        defects actually found in the sample to the number of defects
  358.        expected at Standard Quality.
  359.                                      - 8 -
  360.  
  361.  
  362.  
  363.                                               Observed Cost-of-Poor-Quality
  364.        X Symbol = Current Quality INDEX =   ─────────────────────────────────
  365.                                             Expected Cost at Standard Quality
  366.  
  367.        LONG RUN AVERAGE (the circle):  The data inside the WINDOW (usually
  368.        the 5 prior months plus the current month or the 12 prior weeks and
  369.        the current week) are combined into a summary index called the LONG
  370.        RUN AVERAGE.  This number is a weighted average of individual
  371.        indices, where the weighting merely accounts for period-to-period
  372.        variation in the sample size.
  373.  
  374.        0 Symbol = Process Average Quality Level over the Window
  375.                   of Recent Reporting Periods.
  376.  
  377.            Note: The 0 symbols for adjacent reporting periods
  378.                  are connected by a straight line segment.
  379.  
  380.        BEST MEASURE OF CURRENT QUALITY (the horizontal dash) is a weighted
  381.        average of the LONG RUN AVERAGE and the CURRENT SAMPLE INDEX.  It is the
  382.        "best" estimate of the true (but unknown) quality of current production.
  383.        The weights used in the average depend on the relative magnitudes of two
  384.        sources of variation:
  385.  
  386.           ┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
  387.           │ Process Variation,  PV - a measure of the period-to-period │
  388.           │ variation in the product's true quality.                   │
  389.           ├────────────────────────────────────────────────────────────┤
  390.           │ Sampling Variation, SV - a measure of the deviations       │
  391.           │ between the quality in the sample and the product's true   │
  392.           │ quality in a rating period.                                │
  393.           └────────────────────────────────────────────────────────────┘
  394.  
  395.        These two sources of variation account for the Total Variation in
  396.        CURRENT QUALITY:  TV =  PV + SV.
  397.  
  398.        The BEST MEASURE OF CURRENT QUALITY is of the form
  399.  
  400.            BM = Weight [LONG RUN AVERAGE] + (1-Weight) [CURRENT SAMPLE INDEX]
  401.  
  402.               = Empirical Bayes Weighted Average of the "O" and the "X",
  403.  
  404.        where
  405.                                             SV
  406.                              Weight  =  ─────────  .
  407.                                         SV  +  PV
  408.  
  409.        The larger is the sampling variation, SV, relative to the process
  410.        variation, PV, the more weight is put on the LONG RUN AVERAGE.  The
  411.        observed percent shrinkage, or movement, of the BEST MEASURE OF CURRENT
  412.        QUALITY toward the LONG RUN AVERAGE (and away from the CURRENT SAMPLE
  413.        INDEX) is defined by the Weight times 100 %.
  414.                                      - 9 -
  415.  
  416.  
  417.  
  418.        When the sample is small, producing a large sampling variation, the BEST
  419.        MEASURE gets most of its information from the LONG RUN AVERAGE and
  420.        shrinks towards the LONG RUN AVERAGE.  On the Trend Chart, the BEST
  421.        MEASURE will appear close to the LONG RUN AVERAGE.  When the sample gets
  422.        larger, the BEST MEASURE gets more information from the sample and
  423.        shrinks less toward the LONG RUN AVERAGE.  As sampling variation gets
  424.        small enough to be in the same numerical range as the process variation,
  425.        W approaches 1/2 and the BEST MEASURE appears to split the distance
  426.        between the X, the CURRENT SAMPLE INDEX, and the circle, the LONG RUN
  427.        AVERAGE...
  428.         ┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
  429.         │               ─┬─           ─┬─           ─┬─                │
  430.         │                X             │             │            ─┬─  │
  431.         │    ─┬─         │             X             X             │   │
  432.         │     │         ─┼─           ─┼─           ─┼─ - - - - - -O-  │
  433.         │     │          │ - - - - - - O - - - - - - O            ─┼─  │
  434.         │    -O- - - - - O             │             │             X   │
  435.         │     │          │             │             │            ─┴─  │
  436.         │    ─┼─         │             │            ─┴─                │
  437.         │     │          │            ─┴─                              │
  438.         │     X         ─┴─                                            │
  439.         │     │                                                        │
  440.         │    ─┴─                                                       │
  441.         └──────────────────────────────────────────────────────────────┘
  442.  
  443.        Remember that the BEST MEASURE OF CURRENT QUALITY will always fall
  444.        between the O, representing the LONG RUN AVERAGE, and the X
  445.        representing the CURRENT SAMPLE INDEX.  This is always the case
  446.        because the BEST MEASURE OF CURRENT QUALITY is a weighted average of
  447.        the two.  The distance of the X and the circle on the index scale from
  448.        the BEST MEASURE OF CURRENT QUALITY is an indication of which of the
  449.        two carried more weight in the calculation of the BEST MEASURE.  The
  450.        closer one carried more weight for the period.
  451.  
  452.         ┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
  453.         │     QMP Trend Charts consist of a time series of "I-plot"    │
  454.         │     confidence intervals for the current quality level...    │
  455.         │                                                              │
  456.         │            Q      0┌──────────────────────┐                  │
  457.         │            u  I    │ ┬           ┬  ┬  ┬  │                  │
  458.         │            a  n   1├ │  ┬     ┬  │  │  ┴  ┤                  │
  459.         │            l  d    │ │  │  ┬  │  │  ┴     │                  │
  460.         │            i  e    │ │  │  │  ┴  ┴        │                  │
  461.         │            t  x    │ ┴  ┴  ┴              │                  │
  462.         │            y      5└──────────────────────┘                  │
  463.         │                            Time ───>                         │
  464.         └──────────────────────────────────────────────────────────────┘
  465.  
  466.        I-Plot   = 90 Percent Confidence Interval for the Unknown True
  467.                   the Current Period X and the Process Average 0
  468.                                      - 10 -
  469.  
  470.  
  471.  
  472.                                   Percentile Indices
  473.                                   ──────────────────
  474.  
  475.        The two end points of the I-Plot are called the 5th and 95th
  476.        percentile indices, respectively.  There is a 95% chance that the true
  477.        quality level is worse than the 5th percentile index at the TOP of the
  478.        I-Plot; similarly, there is a 5% chance that the true quality is even
  479.        worse than the 95th percentile index at the BOTTOM of the I-Plot.
  480.        Therefore, there is a 90% chance that the unknown, TRUE quality level
  481.        is COVERED by the I-Plot interval estimate for CURRENT QUALITY.
  482.  
  483.         ┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
  484.         │     If the quality characteristics of a manufacturing        │
  485.         │     process are changing over time, its confidence limits    │
  486.         │     will move up, move down, or change height...             │
  487.         │                                                              │
  488.         │            Q      0┌─────────────────────                    │
  489.         │            u  I    │ ┬           ┬  ┬ <─── 5% Percentile     │
  490.         │            a  n   1├ │  ┬     ┬  │  │          and           │
  491.         │            l  d    │ │  │  ┬  │  │  ┴ <───95% Percentile     │
  492.         │            i  e    │ │  │  │  ┴  ┴             for last      │
  493.         │            t  x    │ ┴  ┴  ┴                  Reporting      │
  494.         │            y      5└─────────────────────     Period...      │
  495.         │                            Time ───>                         │
  496.         └──────────────────────────────────────────────────────────────┘
  497.  
  498.                                Location of the I-Plot
  499.                                ──────────────────────
  500.        The location of the I-Plot on the index scale for the Current Period
  501.        is very important in the interpretation of a Trend Chart.
  502.  
  503.            Nominal Case:  The I-Plot INCLUDES or is entirely ABOVE the
  504.                           Process Capability Standard Value of One.
  505.  
  506.              In this case, one does not have strong evidence (there is less
  507.              than a 95% chance) that the true quality is worse than Standard.
  508.  
  509.            Below Normal:  The I-Plot has fallen BELOW the Index = 1 line that
  510.                           represents Present Process Capability.
  511.  
  512.              In such a case, where the 5th percentile index falls below
  513.              Standard, there is more than a 95% chance that the product or
  514.              service being tested/inspected is worse than Standard.  This is
  515.              strong evidence of a quality problem.
  516.              
  517.              Occasionally, an entire I-Plot will fall Off-the-Chart.  When
  518.              this occurs, the numerical value of the 5th percentile index is
  519.              printed on the Trend Chart as a ** Special Signal ** to warn
  520.              management that CURRENT QUALITY is totally unacceptable.
  521.  
  522.        N Symbol = ** Special Signal ** that no sample data were taken that
  523.                   reporting period (month or week.)  In this case, the LONG
  524.                   RUN AVERAGE remains the same as in the previous period.
  525.                                      - 11 -
  526.  
  527.  
  528.  
  529.                Next Period Ahead FORECASTS and Process Average BOXES
  530.                ─────────────────────────────────────────────────────
  531.  
  532.        QMP's measure of period-to-period Process Variation (PV) can be used
  533.        to make (i) a FORECAST confidence interval for the next reporting
  534.        period or (ii) a BOX confidence interval for average quality across the
  535.        entire window of recent reporting periods.
  536.  
  537.        In forecast mode, the usual QMP I-plot is replaced by a PAIR of
  538.        back-to-back Confidence Intervals; the present-period interval is on
  539.        the left and the next-period-ahead forecast is on the right.  The
  540.        forecast interval is centered at the process average over the window
  541.        of recent quality history and its width is based upon the SUM of the
  542.        variances within the current period and across the history window.
  543.  
  544.  
  545.         ┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
  546.         │   All types of Confidence Intervals on QMP charts are        │
  547.         │   designed to cover the unknown true Quality Index (present- │
  548.         │   period or next-period-ahead) with probability 0.9...       │
  549.         │                                                              │
  550.         │             ┌── <─── 5% Forecast Percentile                  │
  551.         │             │                                                │
  552.         │             │                                                │
  553.         │          ──┐│ <─── 5% Present Percentile                     │
  554.         │            ││                                                │
  555.         │           \││                                                │
  556.         │            \│ <───Next Period Ahead Forecast coincides with  │
  557.         │ Best       │\     Average Quality across the History Window  │
  558.         │ Present-> ─┤│\                                               │
  559.         │ Measure    ││                             Observed           │
  560.         │            X│ <─── Present Period Index = ──────── Ratio     │
  561.         │            ││                             Expected           │
  562.         │            │└── <───95% Forecast Percentile                  │
  563.         │          ──┘  <───95% Present Percentile                     │
  564.         └──────────────────────────────────────────────────────────────┘
  565.  
  566.  
  567.  
  568.        In process average mode, the usual QMP I-plot is augmented with a BOX
  569.        that defines a Confidence Interval for average quality across the
  570.        current history window.  Like next-period-ahead forecasts, the Process
  571.        Average BOX is "centered" at the process average across that window.
  572.        But the height of the BOX depends only upon the current best measure
  573.        of Process Variation (PV) across the current history window.
  574.                                      - 12 -
  575.  
  576.  
  577.  
  578.         ┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
  579.         │   All types of Confidence Intervals on QMP charts are        │
  580.         │   designed to cover the unknown true Quality Index (present- │
  581.         │   period or process-average) with probability 0.9...         │
  582.         │                                                              │
  583.         │          ──┬──   <─── 5% Present Percentile                  │
  584.         │         \ ┌┼┐ <─── 5% Process Average Percentile             │
  585.         │          \│││                                                │
  586.         │           \││                                                │
  587.         │           │\│ <─── Process Average BOX is "centered" at      │
  588.         │ Best      ││\      Average Quality across the History Window │
  589.         │ Present-> ┼┤│\                                               │
  590.         │ Measure   │││                                                │
  591.         │           │X│ <─── Present Period Quality Index              │
  592.         │           └┼┘ <─── 95% Process Average Percentile            │
  593.         │            │                                                 │
  594.         │          ──┴──   <───95% Present Percentile                  │
  595.         └──────────────────────────────────────────────────────────────┘
  596.  
  597.               ┌──────────────────────────────────────────────────────┐
  598.               │  SUMMARY of Advantages of Attributes QMP Methodology │
  599.               └──────────────────────────────────────────────────────┘
  600.  
  601.        * QMP Trend Charts can display quality monitoring results derived
  602.          from either attributes data (observed defects) or variables data
  603.          (economic loss due to deviations from an intended target value.)
  604.  
  605.        * QMP Trend Charts utilize the quality "track record" of a process
  606.          to form statistically optimal estimates and confidence intervals for
  607.          present quality...moving the index computed from data collected only
  608.          within the present reporting period toward the process average level
  609.          across a window of recent "history."
  610.  
  611.        * QMP Trend Charts utilize an "index scale" defined by the ratio of
  612.          the observed defect or loss level to the level that would be
  613.          expected to occur, on long-run-average, when quality is at the level
  614.          that defines the limit of the present capability of the process.
  615.          Thus, unlike conventional control charts, trend charts have not only
  616.          a clearly defined "Zero Defect" limit (ultimate quality objective)
  617.          at INDEX = 0 but also a well defined process capability "standard"
  618.          for quality operations at INDEX = 1.
  619.  
  620.        * QMP Trend Charts always display results with the quality "index"
  621.          (observed to expected ratio) on the vertical axis restricted to the
  622.          range from 0 to 5.  This convention makes trend charts easier to
  623.          draw and to understand.  After all, if any results are
  624.          "Off-the-Chart" (INDEX > 5), they represent quality levels which are
  625.          intolerable and which demand immediate management action.  (Quality
  626.          levels this bad do not need to be accurately reported; they do need
  627.          to be immediately eliminated!)
  628.                                      - 13 -
  629.  
  630.  
  631.  
  632.                    ┌────────────────────────────────────────────────┐
  633.                    │     Normal-Theory Quality Measurement Plan     │
  634.                    └────────────────────────────────────────────────┘
  635.  
  636.        This option provides QMP I-plots that are based upon Normal
  637.        distribution theory ( the familiar "bell shaped," symmetric curve.) As
  638.        a result, these plots are rather more sensitive to unusual
  639.        observations (outliers) than are the Poisson/Gamma theory QMP methods.
  640.        And the Poisson/Gamma QMP are also much more appropriate than Normal
  641.        theory when the cost-of-poor-quality distribution is highly skewed.
  642.  
  643.              Normal (or Poisson-Gamma         Poisson-Gamma (skewed,
  644.              with large expected value.)      small expected value.)
  645.                                            ┌──┐
  646.                        ┌───┐               │  ├───┐
  647.                      ┌─┤   ├─┐             │  │   ├────┐
  648.                   ┌──┤ │   │ ├──┐          │  │   │    ├─────┐
  649.               ┌───┤  │ │   │ │  ├───┐      │  │   │    │     ├───────┐
  650.         ┬─────┴───┴──┴─┴───┴─┴──┴───┴─     ┼──┴───┴────┴─────┴───────┴────
  651.         0    Cost-of-Poor-Quality -->      0   Cost-of-Poor-Quality -->
  652.  
  653.  
  654.        Rather than use equivalent defects (ED) and equivalent expectancy (EE)
  655.        as its two inputs, the Normal-theory QMP algorithm is usually
  656.        described as requiring input of the quality index and its variance.
  657.        There is, however, a simple relationship between these four
  658.        quantities:
  659.  
  660.                           ED      Q                           V(Q)     1
  661.          Quality Index = ---- = ------   &  Index Variance = ------ = ----
  662.                           EE     E(Q)                        E(Q)^2    EE
  663.  
  664.        QMPAL uses these last two equations to convert the "standard" inputs,
  665.        ED and EE, into a quality index and its variance for analysis by the
  666.        Normal-theory QMP algorithm.
  667.  
  668.  
  669.                ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  670.                │     Exponentially Weighted Moving Index Plots      │
  671.                └────────────────────────────────────────────────────┘
  672.  
  673.        This option provides Exponentially Weighted Moving "Indices."  As in
  674.        QMP methodology, the index is an observed to expected "equivalent
  675.        defects" ratio, but both numerator and denominator are exponentially
  676.        weighted averages in this case.
  677.  
  678.        Use of Exponentially Weighted Moving Averages (EWMAs) in quality
  679.        monitoring was pioneered (at AT&T/Bell Laboratories/Western Electric)
  680.        by Spence Roberts (1959), Technometrics 1, 239-250, who called them
  681.        "Geometric" weighting schemes.  Numerical EWMA computations are
  682.        extremely simple when successive observations have equal variance, the
  683.        "homoscedastic" case.  Recent advocates of EWMA schemes include Stuart
  684.                                      - 14 -
  685.  
  686.  
  687.  
  688.        Hunter (1986), Journal of Quality Technology 18, 203-210, who stresses
  689.        the interpretation of the EWMA as a (next-period-ahead) forecast.
  690.  
  691.        Generalization of the EWMA concept for application to series of
  692.        observations with unequal variances, the "heteroscedastic" case, is
  693.        neither "obvious" nor straight-forward.  Here we use one of many
  694.        possible such formulations.  Rather than average a series of quality
  695.        indices (ratios) as if they had constant precision, our exponentially
  696.        weighted index is the ratio of the two EWMAs for the numerator
  697.        (defect) and denominator (expectancy) series, respectively.  In other
  698.        words, we treat the denominator series like known constants containing
  699.        no uncertainty.  This approach is consistent with the "tradition" of
  700.        QMP, usually motivated by the "additivity" of Poisson distributions,
  701.        in which composite indices are always formed by summing (over time
  702.        and/or across products) the numerators and denominators before forming
  703.        the defect/expectancy ratio.
  704.  
  705.        This option calls analysis routines for exponentially weighted
  706.        averages, and displays approximate central 90% (+/- 1.65 sigma)
  707.        forecast intervals.  See Appendix 3 for calculation details.
  708.  
  709.  
  710.                    ┌──────────────────────────────────────────┐
  711.                    │      Shewhart Z-Score Control Charts     │
  712.                    │        (like Quesenberry Q-Charts)       │
  713.                    └──────────────────────────────────────────┘
  714.  
  715.        This option displays Shewhart "standardized" (mean=0, variance=1)
  716.        normal-distribution-theory control charts.  Walter Shewhart developed
  717.        this methodology in the 1920's (at Bell Telephone Laboratories for
  718.        AT&T/Western Electric) for "Quality Control Charting" that adjusts for
  719.        potential differences in sample sizes between successive reporting
  720.        periods.  The statistics that he called "t-Rates" are, today, commonly
  721.        referred to as (standardized) normal "Z-Scores"...the notation "t"
  722.        being reserved for "Studentized" statistics, Gosset(1908).  The
  723.        empirical distributions of Shewhart "t-Rates" are frequently well
  724.        approximated by Studentized-t distributions with very few (2 or 3)
  725.        degrees-of-freedom, but Shewhart "t-Rates" are still commonly plotted
  726.        as if they were Normal(0,1), which is a Student-t distribution with
  727.        "infinite" degrees-of-freedom for error.
  728.  
  729.                                     REFERENCES
  730.  
  731.        HOADLEY, Bruce. (1981). "The Quality Measurement Plan, QMP."  Bell
  732.                System Technical Journal, 60, 215-273.
  733.  
  734.        HOADLEY, Bruce. (1986). "QUALITY MEASUREMENT PLAN(QMP)."  Encyclopedia
  735.                of Statistical Sciences. (Kotz, Johnson and Read, Editors)
  736.                Volume 7, pages 393-398.  New York, John Wiley.
  737.  
  738.        INTRODUCTION TO QUALITY TREND CHARTS.  Bell Communications Research,
  739.                Inc., January 1986 (18 page booklet.)
  740.                                      - 15 -
  741.  
  742.  
  743.  
  744.        OBENCHAIN, Robert. (1991). "Regret Indices and Quantification of
  745.                Process Capability."  Submitted to Journal of Quality
  746.                Technology.
  747.  
  748.        QUALITY MEASUREMENT PLAN (QMP).  Bell Communications Research Technical
  749.                Reference, TR-TSY-000438.  Issue 1, April 1987.
  750.  
  751.        QUESENBERRY, Charles. (1991).  "SPC Q Charts for Start-Up
  752.                Processes and Short or Long Runs."  Journal of Quality
  753.                Technology, 23, 213-224.
  754.  
  755.  
  756.                                      APPENDIX ONE
  757.        ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
  758.        │                  QMP Trend Chart BENCHMARK Examples                   │
  759.        ├───────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
  760.        │ This Appendix presents eight canonical examples that cover a variety  │
  761.        │ of different types of quality process behavior.  In addition to the   │
  762.        │ graphical displays and verbal commentaries given here, the BENCHMARKS │
  763.        │ include ASCII files of input data and output results that are used to │
  764.        │ validate alternative QMP software systems.  We recommend that readers │
  765.        │ first examine each Trend Chart and try to decide what information it  │
  766.        │ conveys.  The reader can then confirm/guide his or her interpretation │
  767.        │ by examining the verbal commentary associated with that Trend Chart.  │
  768.        └───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
  769.  
  770.                             Example One...Stable Compound
  771.  
  772.        This is an example of a well controlled process where quality is
  773.        beinging maintained right at the Standard quality level.  There is
  774.        very little process variation.
  775.  
  776.  
  777.                               Example Two...High Quality
  778.  
  779.        This stable, well controlled process is running much better than
  780.        Standard; i.e. well within the threshold of present process
  781.        capability.  From May through November, there were no defects
  782.        observed, as shown by the X's right at the Zero-Defect Limit.  There
  783.        is very little variation (either process or sampling) in the process.
  784.  
  785.  
  786.                             Example Three...Process Jitter
  787.  
  788.        This is an example of an unstable process...a process with
  789.        considerable sampling variability as well as process variability.
  790.        Each period the interval for CURRENT QUALITY is moves abruptly.  This
  791.        interval bounces from better than Standard to Standard to worse than
  792.        Standard, etc.  Process variability is more likely to cause this sort
  793.        of fluctuation than is sampling variation.  The trend over the last
  794.        five months hovers around 1.5 times Standard...even though October
  795.        does show a BEST MEASURE better than Standard.  This process has
  796.        severe quality problems.
  797.                                      - 16 -
  798.  
  799.  
  800.  
  801.                             Example Four...Out of Control
  802.  
  803.        This process is literally Off-the-Chart.  The numbers at the bottom
  804.        indicate that the entire 90% confidence interval estimate for CURRENT
  805.        QUALITY is worse than 5 times Standard in June, August, and September.
  806.        This represents a severe quality problem that demands immediate
  807.        management action.
  808.  
  809.                             Example Five...Dramatic Decay
  810.  
  811.        During February, March and April, this process was running above
  812.        Standard.  But quality started deteriorating toward Standard in May
  813.        and June.  Then quality plummeted in July, and the CURRENT INDEX
  814.        remained worse than two times Standard for the next four months.  From
  815.        May onward, there is increased process and sampling variation.  Even
  816.        though there is insufficient statistical evidence to say with 95%
  817.        confidence that quality is worse than Standard during these months,
  818.        there is a degradation, or downward trend, in quality.  As of
  819.        September, on the other hand, one can say with 95% confidence that
  820.        quality is running significantly worse than Standard.
  821.  
  822.  
  823.                           Example Six...Questionable Quality
  824.  
  825.        This process quickly drifts to between 1.5 and 2 times Standard,
  826.        showing considerable sampling variation.  Note that the interval
  827.        estimate for CURRENT QUALITY is entirely below Standard in April and
  828.        October indicating a quality problem.  During May through September,
  829.        the CURRENT QUALITY is probably below Standard at least part of the
  830.        time.  This is a fair interpretation even though the strenght of
  831.        evidence does not exceed 95% confidence for any single month between
  832.        May and September...all interval estimates cover the Standard value of
  833.        1.
  834.  
  835.                           Example Seven...Skip Lot Sampling
  836.  
  837.        This is a well controlled process.  Very few defects have ever been
  838.        observed.  No samples were collected for this process in September or
  839.        October; inspection resources are apparently concentrated on other,
  840.        more troublesome products during those months.  However, an occasional
  841.        check is needed to verify that the process has not changed
  842.        significantly.  Samples were again collected in November.
  843.  
  844.  
  845.                         Example Eight...Subtle Window Effects
  846.  
  847.        This example shows considerable sampling variation; the I-Plots tend
  848.        to be wide because defect expectancy is low most months.  Between
  849.        February and November, there is insufficient evidence to confirm that
  850.        quality for any particular month is worse than Standard.  But the LONG
  851.        RUN AVERAGE shows quality between 1 and 2 times Standard most of the
  852.        year.  The downward trend in the LONG RUN AVERAGE in September-October
  853.        combined with the below-standard signal for November should cause the
  854.                                      - 17 -
  855.  
  856.  
  857.  
  858.        reader to be seriously concerned about the quality of product to be
  859.        produced in December.
  860.  
  861.        ADVANCED COMPREHENSION QUESTIONS:
  862.        (1) Why did the LONG RUN AVERAGE move up in August when the CURRENT
  863.            SAMPLE INDEX was down from July?
  864.        (2) Why did the LONG RUN AVERAGE move downward in October when the
  865.            CURRENT SAMPLE INDEX was up from September?
  866.  
  867.        These sorts of effects are explained by realizing that the LONG RUN
  868.        AVERAGE is calculated over the WINDOW of the 6 most recent months.
  869.  
  870.        ANSWERS:
  871.        (1) Note that when August (with twice the expected number of defects)
  872.            entered the window, February (with more than FIVE times the
  873.            expected number of defects) exited out the back of the window.
  874.            Thus the LONG RUN AVERAGE moved upward in August primarily because
  875.            the very poor perfromance from Feburary became outdated as of
  876.            August.
  877.        (2) When October (with slightly more than the expected number of
  878.            defects) entered the window, April (with NO observed defects)
  879.            exited out the back of the window.  Note also that the I-Plot for
  880.            October is more narrow than those for most previous
  881.            months...meaning that a larger sample was taken in October (than
  882.            in April, May, or July when NO defects were observed).  Thus more
  883.            weight is assigned to October results in the current LONG RUN
  884.            AVERAGE than was given to April data in the previous LONG RUN
  885.            AVERAGE.  Both of these factors combine to move the LONG RUN
  886.            AVERAGE downward in October.
  887.  
  888.         ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────┐
  889.         │      Advanced Topics in the Interpretation of Trend Charts        │
  890.         ├───────────────────────────────────────────────────────────────────┤
  891.         │   A number of factors affect the interpretation of Trend Chart    │
  892.         │   results.  In this Appendix, we outline both major factors and   │
  893.         │   also subtle elements you can look for in interpreting a chart.  │
  894.         └───────────────────────────────────────────────────────────────────┘
  895.  
  896.                                   Movement Over Time
  897.                                   ──────────────────
  898.  
  899.        Trend Charts are "time series" graphs which frequently show movement
  900.        over consecutive rating periods (months or weeks.)  The three types of
  901.        symbols on Trend Charts tend to move differently.
  902.  
  903.          The Os, which represent LONG RUN AVERAGEs, exhibit relatively small
  904.          fluctuations from period to period.  After all, these PROCESS
  905.          averages are MOVING averages over a WINDOW of recent periods.  The
  906.          Os are connected to give an indication of any sort of trend.
  907.  
  908.          The Xs, which are CURRENT SAMPLE INDICES, tend to fluctuate much
  909.          more than the Os.  Each X depicts results from only the present
  910.          period.
  911.                                      - 18 -
  912.  
  913.  
  914.  
  915.          The BEST MEASURES of Current Quality (Cross Bars on the I-Plots)
  916.          tend to move up and down more than the Os but less than the Xs.
  917.          (The last section of this Appendix discusses how the HEIGHT of
  918.          I-Plots can also change from period-to-period.)
  919.  
  920.        Trend Charts are displayed as a "time series" so that the "psychology
  921.        of graphical perception" shared by MOST (if not by all) readers will
  922.        help them visualize WHY I-Plots move up and down or change height.  On
  923.        the other hand, it is NOT necessary to look at EARLIER I-Plots in
  924.        order to understand the present I-Plot.  In fact, it is actually
  925.        INAPPROPRIATE to look backward toward the past (let alone forward into
  926.        the future) when reading the current I-Plot.  The reader should simply
  927.        TRUST the QMP algorithm to appropriately position both the Best
  928.        Measure and the 90% Confidence Interval.
  929.  
  930.  
  931.         ┌──────────────────────────────────────────────────────────────────┐
  932.         │  QMP methodology may well seem to be technically complex to      │
  933.         │  novices, but users soon find that the resulting Trend Charts    │
  934.         │  are EASY to read because they are DIFFICULT to misinterpret.    │
  935.         │  Either the Current I-Plot is "above" or "at" Standard (above or │
  936.         │  intersects Std) or else it is "below" Standard (indicating at   │
  937.         │  least 95% Confidence that the unknown true level is below Std.) │
  938.         └──────────────────────────────────────────────────────────────────┘
  939.  
  940.                               Dynamics of Sudden Change
  941.                               ─────────────────────────
  942.  
  943.        Since QMP results are calculated using a multi-period WINDOW of recent
  944.        history, it is important to appreciate the degree of responsiveness of
  945.        I-Plots to sudden changes in quality.  A prior history of standard or
  946.        substandard quality should not prevent the recognition of a sudden
  947.        change in quality.
  948.  
  949.        If a chronic quality problem is finally solved, then the I-Plots
  950.        should quickly signal this improvement.  Conversely, if there is a
  951.        sudden degradation in quality, a good quality trend monitoring system
  952.        should quickly detect that too.  However, a good system should also be
  953.        able to distinguish between a REAL CHANGE in the quality level and
  954.        temporary "blips" due to SAMPLING VARIATION.
  955.  
  956.  
  957.                             Sudden Degradation of Quality
  958.                             ─────────────────────────────
  959.  
  960.        The illustration below portrays both a sudden degradation and a sudden
  961.        improvement in quality.  In period 2, the CURRENT SAMPLE INDEX drops
  962.        below Standard, providing some evidence for degradation in Quality
  963.        from period 1.  But QMP detects that this change in the sample result
  964.        is explainable by sampling variation, and the I-Plot for period 2
  965.        remains at Standard.  In other words, the downward shift is not
  966.        significant enough to indicate a change in process quality.
  967.                                      - 19 -
  968.  
  969.  
  970.  
  971.        In rating period 3, we see a second downward shift in the CURRENT
  972.        SAMPLE INDEX.  This time QMP detects a downward shift too large to be
  973.        due to sampling variation.  The entire I-Plot has fallen below
  974.        Standard.  Thus we say we have 95% confidence that the process is
  975.        BELOW Standard as of period 3.
  976.  
  977.         ┌───────────────────────────────────────────────────────────┐
  978.         │    ─┬─                                                    │
  979.         │     X                                                     │
  980.         │    ─┼─                                     ─┬─            │
  981.         │     O - _  ─┬─                              X             │
  982.         │    ─┴─    - O                               │          S  │
  983.         │ 1 ----------│-_----------------------------─┼─-------  t  │
  984.         │            ─┼─  -  ─┬─                      │          d  │
  985.         │             │     - │      ─┬─     ─┬─  _ - O             │
  986.         │             X       O - _   │   _ - O -    ─┴─            │
  987.         │            ─┴─      │     - O -    ─┼─                    │
  988.         │                    ─┼─     ─┼─      X                     │
  989.         │                     │       X      ─┴─                    │
  990.         │                     │      ─┴─                            │
  991.         │                     X                                     │
  992.         │                    ─┴─                                    │
  993.         └───────────────────────────────────────────────────────────┘
  994.  
  995.  
  996.                             Sudden Improvement in Quality
  997.                             ─────────────────────────────
  998.  
  999.        Continuing with the above illustration, there is a significant
  1000.        improvement in quality from period 5 to period 6.  Quality had
  1001.        remained below Standard for three periods (3, 4 & 5.)  But the CURRENT
  1002.        SAMPLE INDEX (X) showed a dramatic rise in period 6, moving to better
  1003.        than Standard.  There is a similar improvement in the BEST MEASURE OF
  1004.        CURRENT QUALITY (the dash).  In fact, QMP reveals that there no longer
  1005.        is much evidence that true quality might be worse than Standard.  If
  1006.        the CURRENT SAMPLE INDEX stays at or better than Standard for the next
  1007.        few periods, both the LONG RUN AVERAGE and the BEST MEASURE will
  1008.        gradually move up to Standard or better.
  1009.  
  1010.  
  1011.                               The Length of Each I-Plot
  1012.                               ─────────────────────────
  1013.        The length of each I-Plot is a measure of the precision of the BEST
  1014.        MEASURE.  A very short I-Plot indicates that there is little
  1015.        uncertainty about the quality implied by that rating; the range from
  1016.        the 5th to the 95th percentile indices is very small.  On the other
  1017.        hand, a tall I-Plot indicates a wide range of likely values for the
  1018.        true quality from the 5th to the 95th percentile indices.  Thus, there
  1019.        is more uncertainty.
  1020.  
  1021.        Precision depends on several factors, one of which is the size of the
  1022.        sample taken.  In any sample, complete accuracy can never be totally
  1023.        assured, unless the entire population is tested/inspected.  Since one
  1024.                                      - 20 -
  1025.  
  1026.  
  1027.  
  1028.        usually can't examine the entire population, there is "uncertainty" in
  1029.        our result.  However, the more items we sample, the better our
  1030.        evaluation.
  1031.  
  1032.        The sample size determines the EQUIVALENT EXPECTANCY; a certain
  1033.        expectancy is derived from the conversion of each measurement into a
  1034.        Cost-of-Poor-Quality  The smaller the EXPECTANCY, the taller the
  1035.        I-Plot, and the greater the resulting uncertainty about quality.  The
  1036.        larger the EXPECTANCY, the shorter the I-Plot, and thus the greater
  1037.        the precision in our estimate of quality.
  1038.  
  1039.        The length of the I-Plot actually depends on an intricate relationship
  1040.        between the size of the expectancy (or sample size) and two other
  1041.        factors: process stability and the BEST MEASURE OF CURRENT QUALITY.
  1042.        Although the relationship between these factors is quite complex, a
  1043.        change in the length of the I-Plot is generally attributable to one,
  1044.        or a combination, of these three conditions:
  1045.  
  1046.  
  1047.                CHANGE IN    │ PROCESS  │BEST MEASURE OF │ EXPECTANCY
  1048.              I-PLOT LENGTH  │STABILITY │CURRENT QUALITY │(SAMPLE SIZE)
  1049.             ────────────────┼──────────┼────────────────┼─────────────
  1050.                 Shorter     │  Steady  │    Improved    │    Large
  1051.             ────────────────┼──────────┼────────────────┼─────────────
  1052.                 Longer      │  Erratic │  Deteriorated  │    Small
  1053.  
  1054.        A more concise way to view this relationship is as follows.  The
  1055.        length of the I-Plot is approximately proportional to the square
  1056.        root of
  1057.  
  1058.                     ┌─            ─┐         ┌─              ─┐
  1059.                     │      PV      │         │  Best Measure  │
  1060.                     │  ─────────── │  times  │ ────────────── │ .
  1061.                     │  SV  +  PV   │         │   Expectancy   │
  1062.                     └─            ─┘         └─              ─┘
  1063.  
  1064.  
  1065.        In the illustration above, notice the reduction in height of the
  1066.        I-Plots for periods 4 and 5 relative to period 3.  Those I-Plots
  1067.        undoubtedly got shorter because management requested larger samples
  1068.        when the quality was looking bad.
  1069.  
  1070.        Notice also that the I-Plot got longer again in period 6.  This
  1071.        probably didn't happen because a smaller sample was taken, and it
  1072.        certainly didn't happen because the Current Qquality was judged to be
  1073.        especially good. (Besides, a small Best Measure would tend to make the
  1074.        I-Plot shorter, not longer.)  The logical explanation here is that the
  1075.        Process Variation has greatly increased; the Process Quality level is
  1076.        indeed changing (and in the good, upward direction too!)
  1077.                                      - 21 -
  1078.  
  1079.  
  1080.  
  1081.          ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
  1082.          │ APPENDIX 3:  C-language source code fragments for Exponentially │
  1083.          │              Weighted Moving Average Quality Indices            │
  1084.          └─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
  1085.  
  1086.        Using the symbols...
  1087.  
  1088.                        weight    => short-term memory weight
  1089.                        defects[] => numerator array
  1090.                        expect[]  => denominator array
  1091.                        qindx     => pointer to quality index series
  1092.                        ewmi      => pointer to exponentially weighted
  1093.                                     moving index series
  1094.  
  1095.        Start-Up Defaults, Minimums, and Maximums...
  1096.        --------------------------------------------
  1097.                weight = 0.2                ...0.1 <= weight <= 0.9
  1098.                ewmexp = 2.0                ...0.1 <= ewmexp <= 10.0
  1099.                ewmdef = ewmexp             ...0.0 <= ewmdef <= 5.0 * ewmexp
  1100.  
  1101.                ewmi = ewmdef / ewmexp
  1102.  
  1103.                sigma2 = 0.0    ...for start-up at given CONTSANT ED numerator
  1104.                  or
  1105.                sigma2 = ewmexp * weight / (2.0 - weight )
  1106.                                ...for start-up at asymptotic ED numerator var.
  1107.                                ...0.0 <= sigma2
  1108.                confact = 1.65
  1109.                lowexp  = 0.002
  1110.  
  1111.           ┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
  1112.           │     REMINDER: equivalent expectancy = EE                    │
  1113.           │                                                             │
  1114.           │               is both the mean and the variance of          │
  1115.           │                                                             │
  1116.           │               equivalent defects    = ED                    │
  1117.           └─────────────────────────────────────────────────────────────┘
  1118.  
  1119.        The following C-language function documents exactly how exponential
  1120.        weighting is implemented:
  1121.  
  1122.        /*
  1123.         *      Calculate EWMA Results...
  1124.         */
  1125.  
  1126.        int ewmidx( weight, defects, expect, qindex,
  1127.                    ewmdef, ewmexp, ewmi, sigma2, quantiles )
  1128.        double  weight, defects, expect, *qindex,
  1129.            *ewmdef, *ewmexp, *ewmi, *sigma2, quantiles[]; {
  1130.  
  1131.            double onemwgt, forcserr;
  1132.            extern double confact, lowexp;
  1133.                                      - 22 -
  1134.  
  1135.  
  1136.  
  1137.            if( defects < 0.0 )
  1138.                    defects = 0.0;
  1139.            if( expect < 0.0 )
  1140.                    expect = 0.0;
  1141.            if( weight < 0.1 )
  1142.                    weight = 0.1;
  1143.            else if( weight > 0.9 )
  1144.                    weight = 0.9;
  1145.            onemwgt = 1.0 - weight;
  1146.  
  1147.            *qindex = -1.0;
  1148.            if( expect > lowexp )
  1149.                    *qindex = defects / expect;
  1150.  
  1151.            *ewmexp = weight * expect  + onemwgt * (*ewmexp);
  1152.            *ewmdef = weight * defects + onemwgt * (*ewmdef);
  1153.            *sigma2 = weight * weight * expect + onemwgt * onemwgt * (*sigma2);
  1154.  
  1155.            *ewmi = -1.0;
  1156.            quantiles[1] = quantiles[2] = -1.0;
  1157.  
  1158.            if( *ewmexp > lowexp ) {
  1159.  
  1160.                *ewmi = *ewmdef / *ewmexp;
  1161.  
  1162.                /* forecast variance = EWMA var. + var. of single obs. */
  1163.  
  1164.                forcserr = sqrt( ( (*sigma2) / (*ewmexp) + 1.0 ) / (*ewmexp) );
  1165.  
  1166.                quantiles[1] = *ewmi - confact * forcserr;
  1167.                if( quantiles[1] < 0.0 )
  1168.                        quantiles[1] = 0.0;
  1169.            
  1170.                quantiles[2] = *ewmi + confact * forcserr;
  1171.                }
  1172.            
  1173.            return( 0 );
  1174.            }
  1175.  
  1176.