MSA測量系統(tǒng)的運用

第四部分測量系統(tǒng)分析(MSA)

6σ培訓(xùn)之四11、測量（Measurement)以確定實體或系統(tǒng)的量值大小為目標(biāo)的一整套作業(yè)。包括過程、產(chǎn)品、服務(wù)的輸入、輸出及性能/績效的定量化信息。術(shù)語及其定義22、Gage—任何用以獲得測量結(jié)果的裝置，特別指基層使用的量具，包括用來測量合格/不合格的裝置。3、測量系統(tǒng)（MeasurementSystem)

用以對被測特性賦值的作業(yè)、方法、步驟、量具、設(shè)備、軟件、人員的集合。

為獲得測量結(jié)果的完整過程。術(shù)語及其定義3測量方法測量環(huán)境儀器設(shè)備被測量對象的特征測量人員計量基準測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)的要素4測量系統(tǒng)的組成傳感器：感受被測物理量/特征量的變化（長度、溫度、重量、磁場、均勻性、舒適度等）轉(zhuǎn)換器：物理量/特征量的轉(zhuǎn)換/放大（磁-電、光-電、熱-電等）讀出：模擬顯示、數(shù)字顯示、磁記錄、觀測記錄等（顯示器、記錄器、觀測人員等）阻尼器：減少測量系統(tǒng)的高頻振蕩，有助于測量結(jié)果的平穩(wěn)輸出（濾波、磨擦、阻抗等）校準：系統(tǒng)驗收、周期校驗/使用前校驗、溯源5

數(shù)據(jù)的真實性

系統(tǒng)的穩(wěn)定性

結(jié)果的精確性測量系統(tǒng)的基本要求6觀測值=真值？觀測值測量誤差真值觀測值測量誤差真值數(shù)據(jù)的真實性7系統(tǒng)的穩(wěn)定性不同的時間、環(huán)境、人員、儀器設(shè)備對測量結(jié)果影響如何？系統(tǒng)是否處于統(tǒng)計控制狀態(tài)？8反映被測實體/系統(tǒng)微小變化的能力。測量誤差與被測量的變化范圍（總變差）相比，是否可以接受？測量結(jié)果的精確性9分辨力（Discrimination)概念：指示裝置可以有效辨別所指示的緊密相鄰量值能力的定量表示。分辨力的要求：

1、最小測量單位/容差≤10%（用于計量型合格判定）

2、最小測量單位/過程變差≤10%（用于計量型過程控制）影響分辨力的因素：

1、傳感器的靈敏度

2、讀出裝置的最小顯示單位10控制制只有下列條條件下才可可用于控制制：1、與規(guī)范范相比過程程變差較小小2、預(yù)期過過程變差上上的損失函函數(shù)很平緩緩3、過程變變差的主要要原因?qū)е轮戮灯埔品治鑫?、對過程程參數(shù)及指指數(shù)估計不不可接受。。2、只能表表明過程是是否正在產(chǎn)產(chǎn)生合格零零件1、依據(jù)過過程分布可可用半計量量控制技術(shù)術(shù)2、可產(chǎn)生生不敏感的的計量控制制圖1、一般來來講對過程程參數(shù)及指指數(shù)的估計計不可接受受2、只提供供粗劣的估估計1個數(shù)據(jù)分級1個數(shù)據(jù)分級1、可用于于計量控制制圖1、建議使使用5個或更多個數(shù)據(jù)分級不重疊的過過程分布的的數(shù)據(jù)分級級對控制與與分析活動動的影響分辨力11討論論試舉一種實實際使用的的測量儀器器，分析其其分辨力12準確度（Accuracy)表示測量結(jié)結(jié)果（單值值或平均值值）與真值值的接近程程度。數(shù)量上，準準確度可以以用相對誤誤差數(shù)表示示：準確度=基基準值－多多次測量平平均值13精密度（Precision)在相同條件件下進行重重復(fù)測量或或試驗，其其結(jié)果相互互間的一致致程度。表示測定結(jié)結(jié)果中隨機機誤差大小小的程度。。精密度常用用測量的標(biāo)標(biāo)準差來表表示，標(biāo)準準差越大，，精密度越越低。14ReferenceValue=.010●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●.015xxx.014xxxxxxx.013xxxxxx.012xx.011.014x.013xx.012xxx.011xxx.010xxxxx.009xxxx.008xx.007x.011xxx.010xxxxxxx.009xxxxxx.008xx●●●●準確度與精精密度15觀測值=真真值？總變差測量誤差過程變差觀測值測量誤差真值數(shù)據(jù)的真實實性16不合格產(chǎn)品品被接收合格產(chǎn)品被被拒收難以識別過過程中發(fā)生生的變化控制圖失真真，不能提提供正確信信息測量誤差可可能導(dǎo)致17隨機誤差----突突然發(fā)生、、不可預(yù)測測、可通過過重復(fù)測量量避免；可能源于：：環(huán)境因素的的波動測量位置的的不同人員作業(yè)的的偶然性儀器、設(shè)備備的重復(fù)特特性隨機誤差和和系統(tǒng)誤差差18系統(tǒng)誤差：不可能通通過重復(fù)測測量避免：：可能源于：：不同的時間間不同的環(huán)境境因素不同的測量量方法（程程序）人員素質(zhì)的的差異校準錯誤儀器設(shè)備內(nèi)內(nèi)在偏差隨機誤差和和系統(tǒng)誤差差19測量系統(tǒng)誤誤差的類型型1）偏倚（（Bias):測量值或估估計量的分分布中心（（平均值））與真值（（基準值））之差。偏倚屬于系系統(tǒng)性誤差差，直接影影響測量系系統(tǒng)的準確確度。觀測的平均值基準值偏倚202）重復(fù)性性（Repeatability)相相同同的測量人人員、使用用同一設(shè)備備、在同一一次校準期期間、同一一實驗室、、采用相同同的方法，，在較短時時間內(nèi)，對對同一零件件的同一特特性測量的的結(jié)果，其其相互接近近的程度。。測量系統(tǒng)誤誤差的類型型RepeatabilityTrueAverage同一測量人員同一量具同一零件的同一特性213）再現(xiàn)性性（Reproducibility)不不同的測測量人員、、使用不同同設(shè)備、在在不同實驗驗室、在不不同時間，，采用相同同的方法對對同一零件件的同一特特性測量的的結(jié)果，其其相互接近近的程度。。測量系統(tǒng)誤誤差的類型型RepeatabilityTrueAverage不同的測量人員不同/相同一量具同一零件的同一特性O(shè)peratorBOperatorCOperatorA224）穩(wěn)定性性Stability測量系統(tǒng)在在某持續(xù)時時間內(nèi)測量量單一零件件單一特性性時，測量量值的總變變差。穩(wěn)定性時間2時間1測量系統(tǒng)誤誤差的類型型235）線性Linearity

量具具在預(yù)期工工作范圍內(nèi)內(nèi)，偏倚值值的差值。。

6）線線性度%Linearity在在預(yù)期工作作范圍內(nèi)線線性誤差的的變化率。。測量系統(tǒng)誤誤差的類型型偏倚較小基準值觀測的平均均值基準值觀測的平均均值范圍的較低低部分范圍的較高高部分有偏倚基準值觀測的平均值無偏倚偏倚較小24重復(fù)性與再再現(xiàn)性GR&R－－－GageRepeatability&Reproducibility------對測量量系統(tǒng)隨機機誤差的綜綜合評定，，目前已成成為測量系系統(tǒng)分析的的主要指標(biāo)標(biāo)。25系統(tǒng)性誤差差：偏倚、線性性、穩(wěn)定性性隨機性誤差差：重復(fù)性、再再現(xiàn)性、GR&R測量系統(tǒng)誤誤差的類型型26計量型測量量系統(tǒng)誤差差的估計27選定基準值值重復(fù)測量并并記錄觀測平均值值偏倚量=偏倚百分比比：偏倚量量/過程變變差×100%確定偏倚Bias28產(chǎn)生偏倚的的原因校準環(huán)境不不符合規(guī)定定的要求不合理地延延長了校準準的周期測量人員變變動、測量量程序未形形成文件測量時間規(guī)規(guī)定不嚴、、條件變動動疏忽與失誤誤29測量前儀器器/量具未未校零忽略了多次次測量取平平均值的要要求測量位置不不正確常見的疏忽忽與失誤30(1)小樣樣法ShortMethod(2)大樣樣法LongMethod(3)圖法法GraphicalAnalysisGR&R的研研究方法31GR&R研究究中的主要因因素因素在同一實驗室中的測量條件相同不同時間同一時間測量在不同時間測量校準各次測量之間未再校準各次測量之間重新校準測量人員同一測量人不同測量人員設(shè)備同一設(shè)備、同次校準不同設(shè)備應(yīng)根據(jù)測量系系統(tǒng)不同的實實際使用情況況，確定GR&R研究究相應(yīng)的測量量條件。32GR&R研究究的準備確定（方法、、人員、被測測零件數(shù)、重重復(fù)測量次數(shù)數(shù)）。被測零件應(yīng)為為生產(chǎn)線上的的產(chǎn)品，變差差范圍能代表表允差范圍，，最好由不同同日期的產(chǎn)品品中每天選一一件，并予以以編號標(biāo)識。。由日常從事該該測量活動的的人員進行并并事先進行培培訓(xùn)。33測量注意事項項盲測—隨機抽抽取估讀—最小刻刻度的1/2記錄—防止混混淆34小樣法實例零件號人員A人員B極差R14222341367145725981總極差735計算平均極差差:=1.4量具綜合誤差（GRR）=注：d2查表--*容差百分率（（設(shè)容差為20）%GR&R=GR&R/容差=6.1/20××100=30.5%小樣法實例36大樣樣法法至少少2名名測測量量人人員員至少少10個個零零件件每人人對對每每個個零零件件至至少少重重復(fù)復(fù)測測2遍遍37步驟驟：：10個個零零件件逐逐一一編編號號量具具校校準準人員員A對對零零件件進進行行測測量量（（隨隨機機順順序序）），，記記錄錄員員記記錄錄讀讀數(shù)數(shù)人員員B、、C對對零零件件進進行行測測量量（（隨隨機機順順序序）），，記記錄錄員員記記錄錄讀讀數(shù)數(shù)。。上述述循循環(huán)環(huán)重重復(fù)復(fù)3遍遍，，測測量量順順序序打打亂亂。。大樣樣法法38確定定重重復(fù)復(fù)性性Repeatability選取取樣樣件件（（n)和和評評價價人人（（r)確定定測測量量次次數(shù)數(shù)（（m））重復(fù)復(fù)測測量量并并記記錄錄（（xijk)I=1,……,rj=1,……,nk=1,……,m39子組組極極差差：：平均均極極差差：：標(biāo)準準差差：：重復(fù)復(fù)性性變變差差：：（（概概率率99%））重復(fù)復(fù)性性計計算算40確定定再再現(xiàn)現(xiàn)性性Reproducibility選取取樣樣件件（（n））和和評評價價人人（（r））確定定測測量量次次數(shù)數(shù)（（m））重復(fù)復(fù)測測量量并并記記錄錄（（xijk）I=1,……,rj=1,……,nk=1,……,m41再現(xiàn)現(xiàn)性性計計算算i=1,……,r再現(xiàn)現(xiàn)性性變變差差：：（概概率率99%））校正正后后的的再再現(xiàn)現(xiàn)性性：：42評價價人人標(biāo)標(biāo)準準差差：：測量系統(tǒng)標(biāo)準偏差：測量量系系統(tǒng)統(tǒng)（（重重復(fù)復(fù)性性與與再再現(xiàn)現(xiàn)性性））變變差差：：GR&R=5.15σm(概率率99%））GR&R43容差差百百分分率率過過程程變變差差百百分分率率%GR&R判斷斷測測量量系系統(tǒng)統(tǒng)可可否否接接受受的的量量度度在MINITAB統(tǒng)統(tǒng)計計工工具具軟軟件件處處理理結(jié)結(jié)果果中中以以（（%SV））表表示示。。44測量量系系統(tǒng)統(tǒng)可可接接受受條條件件容差差百百分分率率≤≤10%過程程變變差差百百分分率率≤≤10%45容差差百百分分率率>30%或或過程程變變差差百百分分率率>30%測量量系系統(tǒng)統(tǒng)拒拒絕絕條條件件46需考考慮慮:被測測特特性性的的重重要要程程度度測量量系系統(tǒng)統(tǒng)的的復(fù)復(fù)雜雜程程度度成本本因因素素10%<≤≤30%容差百分率或過程變差百分率測量量系系統(tǒng)統(tǒng)有有條條件件接接受受47小樣樣法法:簡單、快快捷、綜綜合反映映測量系系統(tǒng)重復(fù)復(fù)性與再再現(xiàn)性（（GR&R）誤誤差大樣法：：數(shù)據(jù)量大大、更具具可信性性、可區(qū)區(qū)分重復(fù)復(fù)性與再再現(xiàn)性誤誤差（GR&R）的比比重，有有助于尋尋找原因因，制訂訂改進措措施。兩種方法法比較48當(dāng)重復(fù)性性誤差比比重較大大時，可可能表明明：測量設(shè)備備需要保保養(yǎng)測量設(shè)備備剛性不不足測量過程程中零件件的定位位方式有有待改進進零件內(nèi)變變差影響響過大當(dāng)再現(xiàn)性性誤差比比重較大大時，可可能表明明：需對測量量人員進進行操作作培訓(xùn)應(yīng)更明確確規(guī)定校校準測量量的方法法和要求求經(jīng)驗分析析49（1）小小樣法ShortMethod（（2）重重復(fù)性與與再現(xiàn)性性GR&R計數(shù)型測測量系統(tǒng)統(tǒng)分析50小樣法研研究確定基準準零件（（n=20)確定評價價人r確定重復(fù)復(fù)測量次次數(shù)m=2判定準則則：所有測量量結(jié)果一一致—接接受否則——不不接受51設(shè)計試驗驗：30個零零件事先先經(jīng)權(quán)威威判斷作作出結(jié)論論選擇3個個檢驗員員，每人人對每個個零件檢檢查2次次（順序序打亂））并給出出接收/據(jù)收判判斷結(jié)果果計算：3人判斷斷結(jié)果的的一致率率（R&R）3人判斷斷結(jié)果一一致且正正確率（（總體有有效性））計數(shù)型測測量系統(tǒng)統(tǒng)R&R研究實實例52產(chǎn)品：緩緩沖器質(zhì)量特性性：噴漆漆表面質(zhì)質(zhì)量檢驗員：檢驗員兩次測量結(jié)果一致率檢驗員兩次測量結(jié)果一致且為正確率檢驗員1檢驗員2檢驗員3檢驗員1檢驗員2檢驗員3檢驗次數(shù)303030303030匹配數(shù)202920152817拒收錯誤（應(yīng)接收判拒收）402接收錯誤（應(yīng)拒收判接收）111測量結(jié)果不一致數(shù)1011095%得置信上限83.5%100.0%83.5%67.9%100.0%74.4%結(jié)果一致率66.7%96.7%66.7%50.0%93.3%56.7%95%得置信下限49.8%90.3%49.8%32.1%84.4%38.9%三個檢驗員對零件的六次測量結(jié)果一致率三個檢驗員對零件的六次測量結(jié)果一致且為正確率檢驗次數(shù)3030結(jié)果一致次數(shù)121195%得置信上限57.5%53.9%結(jié)果一致率40.0%36.7%95%得置信下限22.5%19.4%計數(shù)型測測量系統(tǒng)統(tǒng)R&R研究實實例53案例：膠膠印機零零件測量量系統(tǒng)分分析GageR&R%ContributionSourceVarComp(ofVarComp)TotalGageR&R4.87E-0644.31Repeatability1.07E-069.74Reproducibility3.80E-0634.57C13.54E-0632.25C1*C22.54E-072.32Part-To-Part6.12E-0655.69TotalVariation1.10E-05100.0054StdDevStudyVar%StudyVarSource(SD)(5.15*SD)(%SV)TotalGageR&R2.21E-031.14E-0266.57Repeatability1.03E-035.33E-0331.21Rep