MSA--測量系統分析.ppt

1、MSA 測量系統分析,通用測量系統指南 測量系統分析,1 通用測量系統指南 1.1 引言、目的和術語,測量數據的用途 依據測量數據調整制造過程 確定兩個或多個變量之間是否存在某種顯著關系 測量數據的質量 如果測量數據與標準值很接近，則可以說這些測量數據的質量“高”； 如果測量數據遠離標準值，則可以說這些測量數據的質量“低”； 低質量最普通的原因之一是數據變差太大。 一組測量的變差大多是由于測量系統和它的環(huán)境之間的交互作用造成的（如溫度變化對液體容積的影響）。如果這種交互作用產生太大的變差，那么數據的質量會很低，以致這些數據是無用的。例如，一個具有大量變差的測量系統，用來分析一個制造過程，可能是

2、不恰當的，因為這一測量系統的變差，可能會掩蓋制造過程中的變差。 管理一個測量系統的許多工作是監(jiān)視和控制變差。這就是說，應著重于環(huán)境對測量系統的影響，以獲得高質量的數據。 如果數據的質量是不可接受的，則必須改進，通常是通過改進測量系統來完成，而不是改進數據本身。,1.1 引言、目的和術語,測量過程 術語“測量”定義為“賦值給具體事物以表示它們之間關于特殊特性的關系”。 賦值過程定義為測量過程，而賦予的值定義為測量值。 應將一種測量過程看成一個制造過程，它產生數字（數據）作為輸出。 目的 本手冊的目的是介紹選擇各種方法來評定測量系統質量的指南。盡管這些指南足以通用于任何測量系統，但它們主要用于工業(yè)

3、界的測量系統。 術語 量具：任何用來獲得測量結果的裝置；經常用來特指用在車間裝置；包括用來測量合格/不 合格的裝置。 測量系統：用來對被測特性賦值的操作、程序、量具、設備、軟件以及操作人員的集合； 用來獲得測量結果的整個過程。,1.2 測量系統的統計特性,理想的測量系統在每次使用時，應只產生“正確”的測量結果。每次測量結果應該與一個標準值相符。一個能產生理想測量結果的測量系統，應具有零方差、零偏倚和對所測的任何產品錯誤分類為零概率的統計特性。 遺憾的是，具有這樣理想的統計特性的測量系統幾乎在存在的，因此過程管理者必須采用具有不太理想 的統計特性的測量系統。 一些特性是所有測量系統必須共有的，它

4、們包括： 1） 測量系統必須處于統計控制中，這意味著測量系統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。 2） 測量系統的變異必須比制造過程的變異??； 3） 變異應小于公差帶； 4）測量精度應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； 5） 測量系統統計特性可能隨被測項目的改變而變化。若真的如此，則測量系統最大的（最壞）變差應小于過程變差和公差帶兩者中的較小者。,1.3 選擇/制定試驗程序,當選擇或制定一個評定方法時，一般應考慮的問題包括： 1）試驗中是否應使用諸如那些可溯源至NIST的標準？標準經常是評定一個測量系統的準確度

5、所必須的。 2）考慮使用盲測。盲測是指在實際測時環(huán)境下，在操作者事先不知正在對該測量系統進行評定的條件下，獲得的測量結果。 3） 試驗成本; 4） 試驗所需的時間; 5） 任何其定義沒有被普遍接受的術語應作出可操作的定義。這些術語如準確度、精度度、重復性和再現性等。,1.3 選擇/制定試驗程序,6）是否由這個測量系統取得的測量結果要與另外一個測量系統得到的測量結果對比？如果對比，應考慮使用依賴諸如上面第一步討論的標準試驗方法。如果不用標準，仍有可能確定兩個測量系統是否可經同時正常工作。然而，如果兩個系統一起工作不正常，那么不用標準，就不可能確定哪個系統需要改進； 7）應每隔多久進行一次？這個問

6、題應由單個測量系統的統計特性及其對該設備影響和使用該設備進行生產的顧客來決定。,2 評定測量系統的程序 2.1引言,本章中介紹的程序廣泛用于整個汽車工業(yè)，以評價用于生產環(huán)境中的測量系統，特別是這些程序用于評定下列統計特性；重復性、再現性、偏倚、穩(wěn)定性及線性。 測量有關的問題 在評價一個測量系統時需要確定三個基本問題： 1）這種測量系統有足夠的分辨力嗎？ 2）這種測量系統在一定時間內是否在統計上保持一致？ 3）這些統計性能在預期范圍內是否一致，并且用于過程分析或控制是否可接受？ 測量系統變差的類型 測量系統誤差可以分成五種類型：偏倚，重復性，再現性，穩(wěn)定性以及線性。,2 評定測量系統的程序 2.

7、1引言,定義 偏倚 是測量結果的觀測平均值與基準值的差值。基準值，也稱為可接受的基準值或標準值，是充當測量值的一個偏倚一致認可的基準，一個基準值可以通過采用更高級別的測量設備（例如，計量實驗室或全尺寸檢驗設備）進行多次測量，取其平均值來確定。,基準值 觀測的平均值,偏倚,重復性 重復性是由一個評價人，采用一種測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差。,2 評定測量系統的程序 2.1引言,重復性,再現性 再現性是由不同的評價人，采用相同的測量儀器，測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差。,2 評定測量系統的程序 2.1引言,操作者B 操作者C 操作者A,再現性,穩(wěn)定性 穩(wěn)定性（或

8、飄移），是測量系統在某持續(xù)時間內測量同一基準或零件的單一特性時獲得的測量值總變差。,2 評定測量系統的程序 2.1引言,穩(wěn)定性 時間2 時間1,線性 線性是在量具預期的工作范圍內，偏倚值的差值。,2 評定測量系統的程序 2.1引言,象每個過程一樣，對用來描述測量系統變差的分布可以賦予下列特性： 1）位置 穩(wěn)定性; 偏倚; 線性。 2）寬度或范圍 重復性； 再現性。,2 .2 測量系統的分析,穩(wěn)定性 使用控制圖來確定統計穩(wěn)定性?？刂茍D可提供方法來分離影響所有測量結果的原因產生的變差（普通原因變差）和特殊條件產生的變差（特殊原因變差）?？刂茍D法可在質量與統計過程控制（SPC）一書中找到。需要著重指

9、出的是，使用控制圖時，我們不僅必須注意落在控制限以外的點，還應注意其他特殊原因信號如趨勢和中心線附近的點。這些信號的出現及控制限外一點或多點都表明“失控”或不穩(wěn)定狀態(tài)。 研究測量系統穩(wěn)定性的一個方法是按常規(guī)畫出基準或基準件重復讀數的平均值和極差(X-R控制圖)。從這種分析中可以確定，例如，失控信號是需要校準測量系統的標志。還有可能由于基準或基準件變臟而出現失控信號。無論哪種情況，包含在控制信號內的信息的解釋取決于對過程的了解。 用于測量系統控制圖的樣本容量及抽樣頻率的確定也應依賴于對測量系統的了解。主要考慮的還是使用過程中測量系統所有的外部條件。例如,如果確信使用者在使用系統之前提供足夠的預熱

10、時間,則應預熱后才進行抽樣。,2 .2 測量系統的分析 穩(wěn)定性,確定穩(wěn)定性用指南 確定穩(wěn)定性用指南包括以下內容： 1）獲取一樣本并確定其相對于可追溯標準的基準值。如果不能得到，則選擇一個落在產品測量中程數的產品零件，并指定它作為標準樣本進行穩(wěn)定性分析。對追蹤測量系統的穩(wěn)定性不需要的一個已知基準值； 可能需要具備預期測量的最低值、最高值及中程數的標準樣本。建議對各樣本單獨測量并作控制圖。 2）定期（天，周）測量基準樣品3至5次。樣本容量和頻率應基于對測量系統的了解。因素包括要求多長時間重新校準或維修，測量系統使用的頻率，以及操作條件如何重要。讀數應在不同時間讀取以代表測量系統實際使用的情況。這些

11、還包括預熱，環(huán)境或其它在一天內可能變化的因素； 3）在XR 或Xs控制圖中標繪數據； 4）確定每個曲線的控制限并按標準曲線圖判斷失控或不穩(wěn)定狀態(tài)； 5）計算測量結果的標準偏差并與測量過程偏差相比較，確定測量系統的重復性是否適于應用。,2 .2 測量系統的分析 穩(wěn)定性,偏倚 為了在過程范圍內指定的位置確定測量系統的偏倚，得到一個零件可接受的基準值是必要的。通?？稍诠ぞ呤一蛉叽鐧z驗設備上完成?；鶞手祻倪@些讀數中獲得，然后這些讀數要與量具RR研究中的評價人的觀察平均值（定為XA，XB，XC）進行比較。 如果不可能按這種方法對所有樣件進行測量，可采用下列替代的方法： 1）在工具室或全尺寸檢驗設備上對

12、一個基準件進行精密測量； 2）讓一位評價人用正被評價的量具測量同一零件至少10次； 3）計算讀數的平均值?；鶞手蹬c平均值之間的差值表示測量系統的偏倚。中國最大的資料庫下載 如果需要一個指數，把偏倚乘以100再除以過程變差（或容差），就把偏倚轉化為過程變差（或容差）的百分比。,2 .2 測量系統的分析 偏倚,偏倚 如果偏倚相對比較大，查看這些可能的原因： 1）基準的誤差； 2）磨損的零件； 3）制造的儀器尺寸不對； 4）儀器測量非代表性的特性； 5）儀器沒有正確校準； 6）評價人員使用儀器不正確。,2 .2 測量系統的分析 偏倚,偏倚示例 偏倚由基準值與測量觀測平均值之間的差值確定。為些，一位評

13、價人對一個樣件測量10次。10次測量值如下所示。由全尺寸檢驗設備確定的基準值為0.80mm,該零件的過程變差為0.70mm。 X1=0.75 X6=0.80 X2=0.75 X7=0.75 X3=0.80 X8=0.75 X4=0.80 X9=0.75 X5=0.65 X10=0.70 觀測平均值為測量結果總和除以10 X = = 0.75,2 .2 測量系統的分析 偏倚,X,10,偏倚示例,2 .2 測量系統的分析 偏倚,基準值,X = 0.75,0.80,偏倚觀察平均值基準值 偏倚0.750.800.05 偏倚占過程變差的百分比計算如下： 偏倚=1000.05/0.70=7.1 因此，在量

14、具RR研究中使用的厚薄規(guī)的偏倚為0.05mm。這意味著測量觀測值平均比基準值小0.05mm，是過程變差的7.1,偏倚100 偏倚 / 過程變差,確定偏倚用指南 獨立樣本法 1）獲取一樣本并確定其相對可追溯標準的基準值。如果不能得到，則選擇一個落在產品測量中程數的產品零件，并指定它作為標準樣本進行偏倚分析。在工具間測量該零件10次，并計算這10次讀數的平均值。把這個平均值作為“基準值”； 可能需要具備預測量的最低值、最高值及中程數的標準樣本。每個樣本都要求單獨分析。 2）讓一位評價人以通常的方法測量該零件10次； 3）計算這10次讀數的平均值； 4）通過該平均值減去基準值來計算偏倚： 偏倚觀測平

15、均值基準值 過程變差6 偏倚偏倚 / 過程變差,2 .2 測量系統的分析 偏倚,確定偏倚用指南 圖表法 如果用X R圖表測量穩(wěn)定性，這些數據也可用來評價偏倚。 1）獲取一樣本并確定其相對可追溯標準的基準值。如果不能得到則選擇一個落在產品測量中程數的產品零件，并指定它作為標準樣本進行偏倚分析； 在工具間測量零件10次，并計算這10次讀數的平均值。把這個平均值作為“基準值”。 2）從圖表中計算 值； 3）通過X 減去基準值來計算偏倚： 偏倚 X 基準值 過程變差 6極差 偏倚百分比 偏倚 / 過程變差,2 .2 測量系統的分析 偏倚,確定偏倚用指南 分析 如果偏倚較大，查找以下可能的原因： 1）標

16、準或基準值誤差，檢驗校準程序； 2）儀器磨損。主要表現在穩(wěn)定性分析上，應制定維護或重新修理的計劃； 3）制造的儀器尺寸不對； 4）儀器測量了錯誤的特性； 5）儀器校準不正確。復查校準方法； 6）評價人操作設備不當。復查檢驗說明書； 7）儀器修正計算不正確。,2 .2 測量系統的分析 偏倚,重復性 儀器自身以及零件在儀器中位置變化導致的測量變差是重復性誤差的兩個一般原因。由于子組重復測量的極差代表了這兩種變差，極差圖將顯示測量過程的一致性。如果極差圖失控，通常測量過程的一致性有問題。應調查識別為失控的點的不一致性原因加以糾正。 如果極差圖受控，則儀器變差及測量過程在研究期間是一致的。重復性標準偏

17、差或儀器變差（e）估計為 R /d2，式中R為重復測量的平均極差。儀器變差或重復性將為5.15 R /d2，代表正態(tài)分布測量結果的99。d2可從表2中查出。 重復性示例 從生產過程中選取5件樣品。選擇兩名經常進行該測量的評價人參與研究。每一位評價人對每個零件測量三次，測量結果記錄在數據表格上：,2 .2 測量系統的分析 重復性,重復性示例,2 .2 測量系統的分析 重復性,再現性 測量過程的再現性表明評價人的變異性是一致的?？紤]評價人變異性的一種方法是認為變異性代表每位評價人造成的遞增偏倚。如果這種偏倚或評價人的變異性真正存在，每位評價人的所有平均值將會不同，這可以通過比較評價人對每個零件的平

18、均值，在均值控制圖上看出。 評價人的變異性或再現性可通過確定每一評價人所有平均值，然后從評價人最大平均值減去最小的得到極差（R0）來估計。再現性的標準偏差（0）估計為R0 / d2。再現性為5.15 R0 / d2 。代表正態(tài)分布測量結果的99%，d2見表2。 再現性示例 根據上述重復性示例中所示數據，通過平均每位評價人獲得的所有樣品值來計算各位評價人平均值，確定評價人平均值極差（R0）由最大值減去最小值得出。,2 .2 測量系統的分析 再現性,再現性示例,2 .2 測量系統的分析 再現性,零件間變差 一旦測量過程一致的（極差圖受控），而且可檢測出零件間變差（均值圖的大部分點在控制限值外），那

19、么可確定測量系統占過程變差的百分比。測量系統標準偏差（m）估計為 m= (e2+o2)1/2 =1.47 式中e為量具標準偏差，o為評價人標準偏差。 零件間標準偏差可由測量系統研究的數據或獨立的過程能力研究確定。如果采用測量系統研究，則零件標準偏差（p）的估計是通過確定每一零件平均值，然后找出樣品平均值極差（RP）。零件間標準偏差（p）估計為RP/ d2 。零件間變差將為5.15 RP/ d2 ，代表正態(tài)分布的99測量結果，d2見表2。,2 .2 測量系統的分析 零件間變差,零件間變差示例,2 .2 測量系統的分析 零件間變差,與測量系統的再現性與重復性相關的過程變差百分比一般稱為RR，由m/

20、t *100來估計，式中 t為總過程變差標準偏差。通過測量研究計算得出的t稱為研究變差標準偏差，由t (p2m2)1/2計算得出。 總過程變差t （ p2m 2） 2.5021.4721/2 2.90 研究得出的總過程變差TV5.15*2.9014.9 RRm/t 100RR/TV*100 7.6/14.9 10050.7,2 .2 測量系統的分析 重復性和再現性,重復性和再現性的計算 運用MSA手冊中的 表7 量具重復性和再現性數據表 表8 量具重復性和再現性報告,2 .2 測量系統的分析 重復性和再現性,2 .2 測量系統的分析 重復性和再現性,參考表7的量具RR數據表，詳細程序如下： 1

21、）取得包含10個零件的一個樣本，代表過程變差的實際或 預期范圍； 2）指定評價人A，B和C，并按1至10給零件編號，使評價人不能看到這些數字； 3）如果校準是正常程序中的一部分，則對量具進行校準。 4）讓評價人A以隨機的順序測量10個零件，并讓另一個觀測人將結果記錄在第1行。讓測試人B和C測量這10個零件并互相不看對方的數據。然后將結果分別填入第6行和第11行。 5）使用不同的隨機測量順序重復上述操作過程。把數據填入第2、7和12行。在適當的列記錄數據。例如，第一個測量的零件是零件7，則將結果記錄在標有第7號零件的列內，如果需要試驗3次，重復上述操作，將數據記錄在第3、8和13行；,2 .2

22、測量系統的分析 重復性和再現性,2 .2 測量系統的分析 重復性和再現性,2 .2 測量系統的分析 重復性和再現性,量具重復性和再現性（R&R）的可接受性的準則是： 低于10的誤差測量系統可接受； 10至30的誤差根據應用的重要性，量具成本，維修的費用等可能是可接受的； 大于30的誤差測量系統需要改進。進行各種努力發(fā)現問題并改正。,2 .2 測量系統的分析 重復性和再現性,2 .2 測量系統的分析 重復性和再現性,2 .2 測量系統的分析 重復性和再現性,2 .2 測量系統的分析 重復性和再現性,當%R&R30%時，應進行改進。 如果重復性比再現性大，原因可能是： 1）儀器需要維護； 2）量具

23、應重新設計來提高剛度； 3）夾具和檢驗點需要改進； 4）存在過大的零件內變差。 如果再現性比重復性大，那么可能的原因有： 1）評價人需要更好的培訓如何使用量具儀器和讀數； 2）量具刻度盤上的刻度不清楚； 3） 需要某種夾具幫助評價人提高使用量具的一致性。,2 .2 測量系統的分析 線性,線性 在測量儀器的工作范圍內選擇一些零件可確定線性。這些被選零件的偏倚由基準值與測量觀察平均值之間的差值確定。 正如在偏倚研究中一樣，零件的基準值可由工具室或全尺寸檢驗設備確定。在操作范圍內選取的那些零件由一個或多個評價人測量，確定每一零件的觀察平均值，基準值與觀察平均值之間的差值為偏倚，要確定各個被選零件的偏

24、倚。線性圖就是在整個工作范圍內的這些偏倚與基準值之間描繪的。,2 .2 測量系統的分析 線性,線性示例 某工廠領班對確定某測量系統的線性感興趣?；谠撨^程變差，在測量系統工作范圍內選定五個零件。通過全尺寸檢驗設備測量每個零件以確定它們的基準值。然后一位評價人對每個零件測量12次。零件隨機抽取，每個零件平均值與偏倚平均值的計算如下表所示。零件偏倚由零件平均值減去零件基準值計算得出。,2 .2 測量系統的分析 線性示例,2 .3 計數型量具研究 線性示例,計數型量具研究（小樣法） 所謂計數型量具就是把各個零件與某些指定限值相比較，如果滿足限值則接受該零件，否則拒收。不象計量型量具，計數型量具不能指示一個零件多么好或多么壞。它只指示該零件被接受還是拒收。 小樣研究是通過選取20個零件來進行的。然后兩位評價人以一種能防止評價人偏倚的方式兩次測量所有零件。在選取20個零件中，一些零件會稍許低于或高于規(guī)范限值。 如果所有的測量結果（每個零件四次）一致則