測量系統(tǒng)分析MSA

MeasurementSystemsAnalysis

MSA測量系統(tǒng)分析1通用測量系統(tǒng)指南測量過程“測量”定義為“賦值給具體事物以表示它們之間關(guān)于特殊特性的關(guān)系”。賦值過程定義為測量過程，而賦予的值定義為測量值。術(shù)語量具：任何用來獲得測量結(jié)果的裝置；經(jīng)常用來特指用在車間的裝置；包括用來測量合格不合格的裝置。測量系統(tǒng)：用來對被測特性賦值的操作、程序、量具、設(shè)備、軟件以及操作人員的集合；用來獲得測量結(jié)果的整個(gè)過程。2通用測量系統(tǒng)指南測量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性盡管每一個(gè)測量系統(tǒng)可能需要有不同的統(tǒng)計(jì)特性，但有一些特性是所有測量系統(tǒng)必須共有的，它們包括：測量系統(tǒng)必須處于統(tǒng)計(jì)控制中，這意味著測量系統(tǒng)中的變差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。測量系統(tǒng)的變異必須比制造過程的變異小。變異應(yīng)小于公差帶。測量精度應(yīng)高于過程變異和公差帶兩者中精度較高者，一般來說，測量精度是過程變異和公差帶兩者中精度較高者的十分之一。測量系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)特性可能隨被測項(xiàng)目的改變而變化。若真的如此，則測量系統(tǒng)最大的（最壞）變差應(yīng)小于過程變差和公差帶兩者中的較小者。標(biāo)準(zhǔn)用來傳遞測量的程序稱為“校準(zhǔn)”程序。溯源標(biāo)準(zhǔn)。3通用測量系統(tǒng)指南通用指南測量系統(tǒng)的評定通常分為兩個(gè)階段，稱為第一階段和第二階段。在第一階段，要明白該測量過程并確定該測量系統(tǒng)能否滿足要求。第一階段有兩個(gè)目的，第一目的是確定該測量系統(tǒng)是否具有所需要的統(tǒng)計(jì)特性。第二目的是發(fā)現(xiàn)哪種環(huán)境因素對測量系統(tǒng)有顯著影響。第二階段試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證一個(gè)測量系統(tǒng)一旦被認(rèn)為是可行的，應(yīng)持續(xù)具有恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)特性。常見的被稱為“量具R和R”的這種研究是第二階段試驗(yàn)的一種形式。4評定測量系統(tǒng)的程序測量有關(guān)的問題：在評價(jià)一個(gè)測量系統(tǒng)時(shí)需要確定三個(gè)基本問題。①.測量系統(tǒng)有足夠的分辨力嗎？②.測量系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)是否在統(tǒng)計(jì)上保持一致？③.統(tǒng)計(jì)特性能在預(yù)期范圍內(nèi)是否一致，并且用于過程分析或控制是否可接受？測量系統(tǒng)變差的類型：偏倚、重復(fù)性、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性、線性五種類型。偏倚(accuracy)：是測量結(jié)果的觀測平均值與基準(zhǔn)值的差值?；鶞?zhǔn)值，也稱為可接受的基準(zhǔn)值或標(biāo)準(zhǔn)值，是充當(dāng)測量值的一個(gè)一致認(rèn)可的基準(zhǔn)，一個(gè)基準(zhǔn)值可以通過采用更高級別的測量設(shè)備進(jìn)行多次測量，取其平均值來確定。偏倚基準(zhǔn)值觀測的平均值5評定測量系統(tǒng)的程序重復(fù)性：由一個(gè)評價(jià)人，采用一種測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時(shí)獲得的測量值變差。重復(fù)性再現(xiàn)性：由不同的評價(jià)人，采用相同的測量儀器，測量同一零件的同一特性時(shí)測量平均值的變差。再現(xiàn)性再現(xiàn)性操作者A操作者B操作者C6評定測量系統(tǒng)的程序穩(wěn)定性（或漂移）：測量系統(tǒng)在某持續(xù)時(shí)間內(nèi)測量同一基準(zhǔn)或零件的同一特性時(shí)獲得的測量值總變差。穩(wěn)定性時(shí)間1時(shí)間2線性：在量具預(yù)期的工作范圍內(nèi)，偏倚值的差值。觀測的平均值基準(zhǔn)值偏倚大基準(zhǔn)值偏倚小觀測的平均值范圍的較低部分范圍的較高部分測量系統(tǒng)的分辨力：測量系統(tǒng)檢出并如實(shí)指示被測特性中極小變化的能力。建議可視分辨率最多是總過程的6?(標(biāo)準(zhǔn)偏差）的十分之一，而不是傳統(tǒng)的規(guī)則，即可視分辨率最多為公差范圍的十分之一。7評定測量系統(tǒng)的程序―計(jì)量型量具研究測量系統(tǒng)研究的準(zhǔn)備：1先計(jì)劃將要使用的方法。2評價(jià)人的數(shù)量﹐樣品數(shù)量及重復(fù)讀數(shù)次數(shù)應(yīng)預(yù)先確定。在此選擇中應(yīng)考慮的因素如下﹕尺寸的關(guān)鍵性—關(guān)鍵尺寸需要更多的零件和/或試驗(yàn)。原因是量具研究評價(jià)所需的置信度﹔零件結(jié)構(gòu)---大或重的零件可規(guī)定較少樣品和較多試驗(yàn)。3由于其目的是評價(jià)整個(gè)測量系統(tǒng)﹐評價(jià)人的選擇應(yīng)從日常操作該儀器的人中挑選﹔4樣品必須從過程中選取并代表其整個(gè)工作范圍。有時(shí)每一天取一個(gè)樣本﹐持續(xù)若干天。這樣做是有必要的﹐因?yàn)榉治鲋羞@些零件被認(rèn)為生產(chǎn)過程中產(chǎn)品變差的全部范圍。由于每一零件將被測量若干次﹐必須對每一零件編號(hào)以便于識(shí)別﹔5儀器的分辨力應(yīng)允許至少直接讀取特性的預(yù)期過程變差的十分之一。例如﹐如果特性的變差為0.001﹐儀器應(yīng)能讀取0.0001的變化﹔6確保測量方法（即評價(jià)人和儀器）在按照規(guī)定的測量步驟測量特征尺寸。8

進(jìn)行研究的方式十分重要。本手冊所介紹的所有分析都假定各次讀數(shù)的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立性。為最大限度地減少誤導(dǎo)結(jié)果的可能性﹐應(yīng)采取下列步驟﹕2在設(shè)備讀數(shù)中﹐讀數(shù)應(yīng)估計(jì)到可得到的最接近的數(shù)字。如果可能﹐讀數(shù)應(yīng)取至最小刻度的一半。例如﹐如果最小刻度為0.0001﹐則每個(gè)讀數(shù)的估計(jì)應(yīng)圓整為0.00005﹔3研究工作應(yīng)由知其重要性且仔細(xì)認(rèn)真的人員進(jìn)行﹔4每一位評價(jià)應(yīng)采用相同方法―包括所有步驟―來獲得讀數(shù)﹔1測量應(yīng)按照隨機(jī)順序﹐以確保整個(gè)研究過程中產(chǎn)生的任何漂移或變化將隨機(jī)分布。評價(jià)人不應(yīng)知道正在檢查零件的編號(hào)﹐以避免可能的偏倚。但是進(jìn)行研究的人應(yīng)知道正在檢查哪一零件﹐并相應(yīng)記下數(shù)據(jù)﹐即評價(jià)人A﹐零件1﹐第一次試驗(yàn)﹔評價(jià)人B﹐零件4,第二次試驗(yàn)等﹔評定測量系統(tǒng)的程序―計(jì)量型量具研究9進(jìn)行研究﹕詳細(xì)程序如下﹕1取得包含10個(gè)零件在一個(gè)樣本﹐代表過程變差在實(shí)際或預(yù)期范圍。2指定評價(jià)人A﹑B和C﹐并按1至10給零件編號(hào)﹐使評價(jià)人不能看到這些數(shù)字。3如果校準(zhǔn)是正常程序中的一部分﹐則對量具進(jìn)行校準(zhǔn)。4讓評價(jià)人A以隨機(jī)的順序測量10個(gè)零件﹐并讓另一個(gè)觀測人將結(jié)果記錄在第一行。讓測試人B和C測量這10個(gè)零件并互相不看對方的數(shù)據(jù)。然后將結(jié)果分別填入第6行和第11行。5使用不同的隨機(jī)測量順序重復(fù)上述操作過程。把數(shù)據(jù)填入第2﹑7和12行。在適當(dāng)?shù)牧杏涗洈?shù)據(jù)。例如﹐第一個(gè)測量的零件是零件7﹐則將結(jié)果記錄在標(biāo)有第7號(hào)零件的列內(nèi)﹐如果需要試驗(yàn)3次﹐重復(fù)上述操作﹐將數(shù)據(jù)記錄在第3﹑8和13行。6當(dāng)零件量過大或無法獲得所需零件時(shí)﹐第4和第5步可以改成下述步驟之后﹕評定測量系統(tǒng)的程序―計(jì)量型量具研究10A讓評價(jià)人A測量第1個(gè)零件﹐并在第一行記錄讀數(shù)﹐讓評價(jià)人B測量第1個(gè)零件記錄在第6行記錄讀數(shù)﹐讓評價(jià)人C測量第1個(gè)零件并在第11行記錄讀數(shù)﹕B讓評價(jià)人A重復(fù)讀取第1個(gè)零件的讀數(shù)﹐記錄在第2行﹐評價(jià)人B在第7行記錄重復(fù)讀數(shù)﹐評價(jià)人C在第12行記錄重復(fù)讀數(shù)。如果需要測量3次﹐則重復(fù)上述操作并在第3﹑8和13行記錄數(shù)據(jù)。7如果評價(jià)人在不同的班次﹐可以使用一個(gè)替代的方法。讓評價(jià)人A測量10個(gè)零件﹐并將讀數(shù)記錄在第1行。然后﹐讓評價(jià)人A按照不同的順序重新測量﹐并把結(jié)果記錄在第2和第3行。評價(jià)人B和C也同樣做。數(shù)值計(jì)算量具的重復(fù)性和再現(xiàn)性的計(jì)算如表1和表2所示。表1是數(shù)據(jù)表格﹐記錄了所有研究結(jié)果。表2是報(bào)告表格﹐記錄了所有識(shí)別信息和按規(guī)定公式進(jìn)行的所有計(jì)算。收集數(shù)據(jù)后的計(jì)算程序如下﹕評定測量系統(tǒng)的程序―計(jì)量型量具研究111從第1﹑2﹑3行中的最大值減去它們中的最小值﹔把結(jié)果記入第5行。在第6﹑7和8行﹐11﹑12和13行重復(fù)這一步驟﹐并將結(jié)果記錄在第10行和15行（表1）﹔2把填入第5﹑10和15行的數(shù)據(jù)變?yōu)檎龜?shù)﹔3將第5行的數(shù)據(jù)相加并隊(duì)以零件數(shù)量﹐得到第一個(gè)評價(jià)人的測量平均極差Ra。同樣對第10和15行的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到Rb和Rc(表1）﹔4將第5﹑10和15行的數(shù)據(jù)（Ra/Rb﹑Rc)轉(zhuǎn)記到第17行﹐將它們相加并除以評價(jià)人數(shù)﹐將結(jié)果記為R（所有極差的平均值）（表1）﹔5將R（平均值）記入第19和20行并與D3和D4相乘得到控制下限和上限。注意﹕如果進(jìn)行2次試驗(yàn)則。D3為零﹐D4為3.27。單個(gè)極差的上限值（UCLR)填入第19行。少于7次測量的控制下限極差值(LCLR）等于0﹔6使用原來的評價(jià)人和零件重復(fù)讀取任何極差大于計(jì)算的UCLR的讀數(shù)﹐或剔除那些值并重新計(jì)算平均值。根據(jù)修改過的樣本容量重新計(jì)算R及限值UCLR。糾正造成失控狀態(tài)的特殊原因。如果數(shù)據(jù)的繪制和分析是使用前面討論過的控制圖法﹐那么這種狀態(tài)應(yīng)早已被糾正了﹐且在這里不會(huì)出現(xiàn)﹔評定測量系統(tǒng)的程序―計(jì)量型量具研究127將行（1﹑2﹑3﹑6﹑7﹑8﹑11﹑12和13行）中的值相加。把每行的和除以零件數(shù)并將結(jié)果填入表（表1）中最右邊標(biāo)有“平均值”的列內(nèi)﹔8將第1﹑2和第3行的平均值相加除以試驗(yàn)次數(shù)。結(jié)果填入第4行的Xa格內(nèi)。對第6﹐7和8﹔第11﹐12和13行重復(fù)這個(gè)過程﹐將結(jié)果分別填入第9和14行的Xb,Xc格內(nèi)（表1）﹔9將第4﹑9和14行的平均值中最大和最小值填入第18行中適當(dāng)?shù)目崭裉?。并確定它們的差值﹐將差值填入第18行標(biāo)有XDiff處的空格內(nèi)（表1）﹔10將每個(gè)零件每次測量值相加并除以總的測量次數(shù)（試驗(yàn)次數(shù)乘以評價(jià)人數(shù)）。將結(jié)果填入第16行零件平均值的欄中（表1）﹔11從最大的零件平均減去最小的零件平均值﹐將結(jié)果填入第16行標(biāo)有Rp的空格內(nèi)。Rp是零件平均值的極差（表1）﹔12將R﹐XDIff和Rp的計(jì)算值轉(zhuǎn)填入報(bào)告表格的欄中（表2）﹔13在表格左邊標(biāo)有“測量系統(tǒng)分析”的欄下進(jìn)行計(jì)算﹔14在表格右邊標(biāo)有“總變差%”的欄下進(jìn)行計(jì)算﹔15檢查結(jié)果確認(rèn)沒有產(chǎn)生錯(cuò)誤﹔評定測量系統(tǒng)的程序―計(jì)量型量具研究13評定測量系統(tǒng)的程序―計(jì)量型量具研究14評定測量系統(tǒng)的程序―計(jì)量型量具研究15結(jié)果—數(shù)值分析評定測量系統(tǒng)的程序―計(jì)量型量具研究量具得復(fù)性和再現(xiàn)性數(shù)據(jù)和報(bào)告表格﹐表1和表2﹐提供了研究數(shù)據(jù)的數(shù)值分析方法。這種分析可以評定變差和占整個(gè)測量系統(tǒng)的過程變差百分比以及它的重復(fù)性﹑再現(xiàn)性﹐零件間變差重復(fù)性或設(shè)備變差（EV或δe）由平均極差R乘以一個(gè)常數(shù)(K1）得出。e再現(xiàn)性或評價(jià)變差（AV或δo）由評價(jià)人的最大平均差(XDIFF)乘以一個(gè)常數(shù)(K2）得出。由于評價(jià)人變差包括設(shè)備變差﹐必須減去設(shè)備變差部分來校正。因此﹐評價(jià)人變差（AV）計(jì)算如右﹕AV=[XDIFF*K2]2-[(EV)2n*r]式中﹕n=零件數(shù)﹐r=試驗(yàn)次數(shù)。如果根號(hào)下計(jì)算值為負(fù)﹐則評價(jià)人變差（AV）缺省為0。16評定測量系統(tǒng)的程序―計(jì)量型量具研究測量系統(tǒng)變差重復(fù)性和再現(xiàn)性（R&R或σm)的計(jì)算是將設(shè)備變差的平方與評價(jià)人變差的平方相加并開平方得出﹕R&R=[(EV)2+(AV)2]零件間變差（PV或σp）由零件平均值的極差（Rp)乘以一個(gè)常數(shù)（K3）研究中的總變差（TV或σt）由重復(fù)性和再現(xiàn)性的變差（R&R)的平方和零件間變差（PV）的平方相加并開方得出﹕TV=[(R&R)2+(PV)2]17設(shè)備變差占總變差（TV）的百分率（%EV）是通過100[]計(jì)算的。其它因素占總變差要百分率可以同樣計(jì)算如下﹕評定測量系統(tǒng)的程序―計(jì)量型量具研究EVTV%AV=100[]AVTV%R&R=100[]TVR&R%PV=100[]PVTV各因素占總變差的百分?jǐn)?shù)和不等于100%量具重復(fù)性和再現(xiàn)性（R&R)的可接受性準(zhǔn)則是﹕低于10%的誤差―測量系統(tǒng)可接受﹔10%至30%的誤差―根據(jù)應(yīng)用的重要性﹐量具成本﹐維修的費(fèi)用等可能是可接受的﹔大于30%的誤差―測量系統(tǒng)需要改進(jìn)。進(jìn)行各種努力發(fā)現(xiàn)問題并改正。18計(jì)數(shù)型量具研究（小樣法）所謂計(jì)數(shù)型量具就是把各個(gè)零件與某些指定限值相比較﹐如果滿足限值則接受