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1、 量測(cè)系統(tǒng)分析(MSA)Measurement System AnalysisMSA III (Mar.2003)內(nèi)部教育訓(xùn)練用 (教材系列八) AFOP Johnny 編撰May.04.2004修訂23 / 241. MSA概念1.1製程變異是經(jīng)由檢測(cè)而發(fā)現(xiàn)，故量測(cè)系統(tǒng)之準(zhǔn)確度與精確度必須事先加以研究與分析。1.2製程變異源概分為人、材料、設(shè)備、方法、量測(cè)、環(huán)境等類別，而這些變異源也將是影響量測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確度與精確度的因素。1.3準(zhǔn)確度與精確度A.準(zhǔn)確但不精確 B.精確但不準(zhǔn)確 C.不準(zhǔn)確也不精確D.準(zhǔn)確且精確1.4在未能確定量測(cè)系統(tǒng)之準(zhǔn)確與精確度適合量測(cè)對(duì)象前，使用該量測(cè)系統(tǒng)所得到的檢測(cè)結(jié)果或

2、製程能力將不可信賴。1.5影響量測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確度與精確度的因素因 素校 驗(yàn)使 用人實(shí)驗(yàn)室專業(yè)人員管制計(jì)畫(huà)規(guī)劃的使用者被測(cè)物主規(guī)管制計(jì)畫(huà)規(guī)劃的產(chǎn)品或製程特性設(shè)備被研究的設(shè)備被研究的設(shè)備方法國(guó)際或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)自定標(biāo)準(zhǔn)且使用者可能未遵守環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境管制計(jì)畫(huà)規(guī)劃的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境變化造成的熱漲冷縮將可能影響被測(cè)物與檢測(cè)設(shè)備，且使用者不同其使用方法也可能不同，都可能影響檢測(cè)的信賴度，故檢測(cè)設(shè)備非但需要校驗(yàn)且需進(jìn)行MSA，以確保檢測(cè)的結(jié)果的可信度。例如：A公司B公司產(chǎn)品規(guī)格3±0.5mm3±0.5µm生產(chǎn)環(huán)境3030量規(guī)熱漲冷縮總合+0.0001mm+0.0001mm熱漲冷縮佔(zhàn)產(chǎn)品規(guī)格

3、比率0.0001mm÷1.0mm=0.01%0.0001mm÷0.001mm=10%環(huán)境影響檢測(cè)結(jié)果小大改善免溫控於23±52.MSA類型計(jì)量值穩(wěn)定性研究偏性研究線性研究RR研究全距法(無(wú)法分再生性與再現(xiàn)性)平均值與全距法(無(wú)法分人與樣圖表分析 本之交互作用)RR計(jì)算全變異(TV)設(shè)備變異(EV)人或方法變異(AV)樣本間變異(PV)變異數(shù)分析法(均可)計(jì)數(shù)值短期法長(zhǎng)期法3. 定義時(shí)間2時(shí)間1穩(wěn)定性3.1穩(wěn)定性(Stability)研究環(huán)境變化對(duì)量測(cè)系統(tǒng)的影響同一人使用同一量具於不同時(shí)間在同一地點(diǎn)量測(cè)同一樣本一樣特性所得之變異。再現(xiàn)性3.2再現(xiàn)性(Repeatab

4、ility)研究設(shè)備與樣本受環(huán)境影響的變異同一人使用同一量具量測(cè)同一樣本之一樣特性多次所得變異。再生性操作者A操作者B操作者C3.3再生性(Reproducibility)研究因人與方法不同所產(chǎn)生的變異不同人使用同一量具量測(cè)同一樣本之一樣特性所得之變異。3.4偏性(Bias)研究校驗(yàn)環(huán)境與使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不同所產(chǎn)生的變異觀測(cè)平均值參考值偏性同一人使用同一量具在管制計(jì)畫(huà)規(guī)劃地點(diǎn)與在實(shí)驗(yàn)室量測(cè)同一樣本之一樣特性所得平均值與參考值之間的差異。偏性參考值觀測(cè)平均值不偏3.5線性(Linearity)研究設(shè)備各使用範(fàn)圍之偏性趨勢(shì)指量具各作業(yè)範(fàn)圍之偏性。 3.6樣本間變異研究時(shí)所取得樣本之間的差異。 3.7鑑

5、別力即區(qū)別分類數(shù)（ndc Number of Distinct Categories）製程分配鑑別力計(jì)量值管制計(jì)數(shù)值管制只能用1種數(shù)據(jù)分級(jí)l 只能顯示其製程主要變異來(lái)自於平均值偏移l 不可用於估計(jì)製程參數(shù)與指數(shù)l 只能顯示製程生產(chǎn)符合或不符合產(chǎn)品可用24種數(shù)據(jù)分級(jí)l 只能用於製程變異較大的管制l 不可用於估計(jì)製程參數(shù)與指數(shù)l 只能提供粗糙的估計(jì)可用5種以上數(shù)據(jù)分級(jí)l 能與管制圖一起使用l 被推薦例如：產(chǎn)品規(guī)格為3±0.5(即2.503.50)量規(guī)精度所能量測(cè)值ndc1310.52.5,3.0,3.530.22.6,2.8,3.0,3.2,3.450.12.5,2.6,2.7,2.8,

6、2.9,3.0,3.1,3.2,3.3,3.4,3.5114. MSA建議實(shí)施步驟(須校驗(yàn)完成接受後始可實(shí)施)計(jì)量型穩(wěn)定性O(shè)K自動(dòng)檢測(cè)停止非自動(dòng)檢測(cè)再生性穩(wěn)定性NGX bar偏性線性R自動(dòng)檢測(cè)再現(xiàn)性非自動(dòng)檢測(cè)R&R計(jì)數(shù)型短期法 自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備：指作業(yè)之操作與檢測(cè)結(jié)果不因人之方法或判斷的誤差而有所不同的檢測(cè)設(shè)備，如電子顯示型電錶、電性測(cè)試機(jī)。5. MSA限制條件 5.1管制計(jì)畫(huà)未規(guī)劃之量測(cè)系統(tǒng)，可免實(shí)施MSA(即對(duì)管制計(jì)畫(huà)規(guī)劃之量測(cè)系統(tǒng)類型實(shí)施即可)。 5.2使用於量測(cè)之特性無(wú)法重複量測(cè)者(如破壞性、微塵量)， 可免實(shí)施MSA。 5.3設(shè)備無(wú)法移動(dòng)者，可免實(shí)施偏性與線性研究。 5.4管制計(jì)

7、畫(huà)規(guī)劃之現(xiàn)場(chǎng)恰為實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)室者，可免實(shí)施偏性與線性研究。6. MSA之基本假設(shè) 6.1設(shè)備零誤差即進(jìn)行MSA操作時(shí)，所有量測(cè)皆必須考量校驗(yàn)誤差之補(bǔ)正。 6.2樣本本身零誤差即每次量測(cè)必須量測(cè)一樣部位的一樣特性 ；可於樣本的量測(cè)位置標(biāo)示明顯的標(biāo)記，而每次必須量測(cè)該處。 如未能確實(shí)把握上述兩項(xiàng)原則，則設(shè)備與樣本本身的誤差將被納入MSA分析時(shí)考量，使得再現(xiàn)性不僅只受環(huán)境影響，會(huì)令再現(xiàn)性變異佔(zhàn)製程變異的較高比率，而造成MSA的研究誤差。7. MSA實(shí)施要領(lǐng) 7.1選擇同型設(shè)備中狀況最差者(即被接受之校驗(yàn)後誤差最大者) 7.2優(yōu)先選擇管制計(jì)畫(huà)規(guī)劃之所有重要特性作為檢測(cè)標(biāo)的，否則選擇公差最嚴(yán)格者。 7.

8、3同一型設(shè)備用於不同特性之檢測(cè)時(shí)，應(yīng)對(duì)各特性分別分析。 7.4於管制計(jì)畫(huà)規(guī)劃使用該設(shè)備之現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行(除偏性外)。 7.5選擇管制計(jì)畫(huà)規(guī)劃使用該類型設(shè)備之人員與其操作方法較差 者。 7.6樣本必須依特性規(guī)格設(shè)定，於上、下限邊緣值之樣本須有一定比率，其他樣本則可於規(guī)格值內(nèi)任意取樣。(注意：不應(yīng)至製程中隨機(jī)取樣) 7.7操作時(shí)應(yīng)令操作者隨機(jī)抽樣盲目測(cè)試，即不令操作者預(yù)知自己或他人對(duì)每個(gè)樣本先前的檢測(cè)結(jié)果，以避免操作者預(yù)設(shè)檢測(cè)結(jié)果而影響分析真確性。8. MSA實(shí)施時(shí)機(jī) 8.1新類型檢測(cè)設(shè)備增設(shè)校驗(yàn)後 8.2新重要特性產(chǎn)生時(shí) 8.3新規(guī)格公差加嚴(yán)時(shí) 8.4新材質(zhì)產(chǎn)生時(shí) 8.5使用環(huán)境不同時(shí) 8.6非自動(dòng)檢

9、測(cè)設(shè)備使用者更換且其資格與操作方法未被鑑定合格時(shí) 8.7檢測(cè)設(shè)備翻新、重組或改裝後(該類型設(shè)備為唯一數(shù)量時(shí)或翻新、重組、改裝後之校驗(yàn)結(jié)果與同類型其他設(shè)備比較，狀況為最差者)9. 穩(wěn)定性分析如果量測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定性不足，可能原因是：儀器需要校準(zhǔn)，縮短校準(zhǔn)週期儀器、設(shè)備或夾具的磨損正常的老化或損壞 維護(hù)保養(yǎng)不好 空氣、動(dòng)力、液體、過(guò)濾器、腐蝕、塵土、清潔基準(zhǔn)的磨損或損壞，基準(zhǔn)的誤差不適當(dāng)?shù)男?zhǔn)或使用基準(zhǔn)設(shè)定儀器品質(zhì)不好 設(shè)計(jì)或符合性儀器缺少穩(wěn)健的設(shè)計(jì)或方法不同的量測(cè)方法 作業(yè)準(zhǔn)備、載入、夾緊、技巧變形（量具或零件）環(huán)境變化 溫度、濕度、振動(dòng)、清潔錯(cuò)誤的假設(shè)，應(yīng)用的常數(shù)不對(duì) 應(yīng)用 零件數(shù)量、位置、操作者技

10、能、疲勞、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）10. 再現(xiàn)性與再生性分析(1)將第1、2、3列之最大值減最小值之全距記於第5列，同樣地，第6、7、8列之全距記於第10列，第11、12、13列之全距記於第15列(表1)。(2)將第5列加總後除以零件數(shù)，則得第一位作業(yè)者的平均全距，同法，由第10、15列求得、(表1)。(3)將第、轉(zhuǎn)記入第17列，並加總後除以作業(yè)者人數(shù)即得全距平均(表1)。(4)將轉(zhuǎn)記入第19、20列，並乘以D3與D4求其管制界限(D3、D4查常數(shù)表)(表1)。(5)若有全距值超過(guò)管制界限者，則可依原方法請(qǐng)同一作業(yè)者將同一零件再量測(cè)一次，或刪除其值，再重新計(jì)算與管制界限。(6)將1、2、3、6

11、、7、8、11、12、13各列分別加總並除以零件數(shù)，即得平均值(表1)。(7)將1、2、3列之平均值加總除以量測(cè)次數(shù)，即得作業(yè)者A之平均值，記入第4列，同法6、7、8與11、12、13列得出之值記入第9與14列的與(表1)。(8)將第4、9、14列的最大平均值與最小平均值記入第18列，並計(jì)算其差(表1)。(9)將每個(gè)零件之所有量測(cè)值加總並除以量測(cè)值總數(shù)得出各零件之平均值，記入第16列。並將各零件平均值加總除以零件數(shù)或?qū)ⅰ⒓涌偝宰鳂I(yè)者數(shù)，則得總平均(表1)。(10)將零件平均值之最大值減最小值，得平均值全距(表1)。(11)將、轉(zhuǎn)記於表2之表頭。(12)計(jì)算表2左半邊之”量測(cè)分析”各欄。(13

12、)計(jì)算表2右半邊之”總變異”各欄。(14)檢查上述13項(xiàng)作業(yè)是否有錯(cuò)誤。表1.GRR數(shù)據(jù)收集表評(píng)價(jià)者測(cè)量次數(shù)零件平均值123456789101.A 10.29-0.561.340.47-0.80.020.59-0.312.26-1.360.1942. 20.41-0.681.170.5-0.92-0.110.75-0.21.99-1.250.1663. 30.64-0.581.270.64-0.84-0.210.66-0.172.01-1.310.2114. 平均值0.447-0.6071.2600.537-0.853-0.1000.667-0.2272.087-1.3070.19035. 全

13、距0.350.120.170.170.120.230.160.140.270.110.1846.B 10.08-0.471.190.01-0.56-0.20.47-0.631.8-1.680.0017. 20.25-1.220.941.03-1.20.220.55-0.082.12-1.620.0998. 30.07-0.681.340.2-1.280.060.83-0.342.19-1.50.0899. 平均值0.133-0.7901.1570.413-1.0130.0270.617-0.3502.037-1.6000.063010. 全距0.180.750.401.020.720.420.

14、360.550.390.180.49711.C 10.04-1.380.880.14-1.46-0.290.02-0.461.77-1.49-0.22312. 2-0.11-1.131.090.2-1.07-0.670.01-0.561.45-1.77-0.25613. 3-0.15-0.960.670.11-1.45-0.490.21-0.491.87-2.16-0.28414. 平均值-0.073-1.1570.8800.150-1.327-0.4830.080-0.5031.697-1.807-0.254315. 全距0.190.420.420.090.390.380.200.100.4

15、20.670.32816. 零件平均值0.169-0.8511.0990.367-1.064-0.1860.454-0.3601.940-1.571-0.00033.5111 17. (0.1840.4970.328)/評(píng)價(jià)者人數(shù)3 0.336318. 最大值0.1903最小值-0.2543 DIFF0.444719. * 0.3363×D42.575 UCLR0.86612次測(cè)量時(shí)D43.27；3次測(cè)量時(shí)D42.575。UCLR代表個(gè)別R值的限值。圈出那些超出這限值的點(diǎn)，查明原因並採(cǎi)取矯正措施；讓一樣的評(píng)價(jià)者使用一樣的量具並用原來(lái)的方法重新讀值，或剔除這些數(shù)值並由其餘的數(shù)值重新平均

16、和計(jì)算，以與控制限值。表2.GRR報(bào)告表量具再生性與再現(xiàn)性報(bào)告表零件編號(hào)和名稱：特性：規(guī)格：操作表：0.3363量具名稱：量具編號(hào)：量具型式：DIFF0.4447日期：操 3.5111測(cè)量單元分析總變異(TV)再現(xiàn)性設(shè)備變異(EV)EV×K1試驗(yàn)次數(shù)K123.846132.56410.3363×2.56410.87615EV 100EV / TV1000.87615/4.9741117.614%再生性評(píng)價(jià)者變異(AV)AV0.99685評(píng)價(jià)者數(shù)量23K23.06882.2703n零件數(shù) r測(cè)量次數(shù)AV 100AV / TV1000.99685/4.9741120.041%再

17、生性與再現(xiàn)性(GRR)GRR零件數(shù)量K323.068832.27031.32716GRR100GRR / TV1001.32716/4.9741126.681%零件變異(PV)PVRP×K33.5111×1.36544.7937941.9387PV 100PV / TV1004.79379/4.9741196.375%51.749061.6240總變異(TV)TV4.97411789101.53381.46481.41011.3654ndc 1.41(PV/GRR)1.41(4.79379/1.32716)5.0935研究RR是否可接受，其可否接受之一般指引為：RR10，則

18、量測(cè)系統(tǒng)OK。10RR30，則量測(cè)系統(tǒng)可能被接受，但須視其應(yīng)用的重要性、量測(cè)費(fèi)用或修理費(fèi)而定。RR30，則量測(cè)系統(tǒng)須加以改進(jìn)。ndc 5，則量測(cè)系統(tǒng)鑑別力足夠，反之則不足。（ndc, the number of distinct categories區(qū)別分類數(shù)）如果量測(cè)系統(tǒng)再現(xiàn)性不足，可能原因是：零件本身（抽樣樣本）：形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的一致性。儀器本身：維修、磨損、設(shè)備或夾具的失效、品質(zhì)或保養(yǎng)不好。標(biāo)準(zhǔn)本身：品質(zhì)、等級(jí)、磨損。方法本身：作業(yè)準(zhǔn)備、技巧、歸零、固定夾持、點(diǎn)密度的變異。評(píng)價(jià)者本身：技巧、位置、缺乏經(jīng)驗(yàn)、操作技能或培訓(xùn)、意識(shí)、疲勞。環(huán)境本身：對(duì)溫度、濕度、振動(dòng)、清潔的

19、小幅度波動(dòng)。錯(cuò)誤的假設(shè) 穩(wěn)定，適當(dāng)?shù)牟僮?。缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)計(jì)或方法，一致性不好。量具誤用。失真（量具或零件）、缺乏堅(jiān)固性。應(yīng)用 零件數(shù)量、位置、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）。如果測(cè)量系統(tǒng)再生性不足，可能原因是：零件之間（抽樣樣本）：使用一樣的儀器、操作者和方法測(cè)量A、B、C零件類型時(shí)的平均差異。儀器之間：在一樣零件、操作者和環(huán)境下使用A、B、C儀器測(cè)量的平均值差異。注意：在這種情況下，再現(xiàn)性誤差通常還混有方法和/或操作者的誤差。標(biāo)準(zhǔn)之間：在測(cè)量過(guò)程中，不同的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的平均影響。方法之間：由於改變測(cè)量點(diǎn)密度、手動(dòng)或自動(dòng)系統(tǒng)、歸零、固定或夾緊方法等所造成的平均值差異。評(píng)價(jià)者（操作者）之間：評(píng)價(jià)者A、B

20、、C之間由於培訓(xùn)、技巧、技能和經(jīng)驗(yàn)所造成的平均值差異。推薦在為產(chǎn)品和過(guò)程鑑定和使用手動(dòng)測(cè)量?jī)x器時(shí)使用這種研究方法。環(huán)境之間：在經(jīng)過(guò)1、2、3等時(shí)段所進(jìn)行的測(cè)量，由於環(huán)境週期所造成的平均值差異。這種研究常用在使用高度自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品和過(guò)程的鑑定。研究中的假設(shè)有誤。缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)計(jì)或方法。操作者培訓(xùn)的有效性。應(yīng)用零件數(shù)量、位置、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）。11. 偏性分析如果偏性在統(tǒng)計(jì)上不等於0，檢查是否存在以下原因：基準(zhǔn)件或參考值有誤，檢查確定標(biāo)準(zhǔn)件的程序。儀器磨損這問(wèn)題會(huì)在穩(wěn)定性分析中呈現(xiàn)出來(lái)，建議進(jìn)行維修或重新整修計(jì)畫(huà)。儀器產(chǎn)生錯(cuò)誤的尺寸。儀器所測(cè)量的特性有誤。儀器沒(méi)有經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)男?zhǔn)對(duì)校

21、準(zhǔn)程序進(jìn)行審查。評(píng)價(jià)者使用儀器的方法不正確對(duì)測(cè)量指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行審查。儀器矯正的指令錯(cuò)誤。如果量具偏性較大，則可能原因是:儀器需要校準(zhǔn)儀器、設(shè)備或夾具磨損基準(zhǔn)的磨損或損壞，基準(zhǔn)偏差不適當(dāng)?shù)男?zhǔn)或使用基準(zhǔn)設(shè)定儀器品質(zhì)不良 設(shè)計(jì)或符合性線性誤差使用了錯(cuò)誤的量具不同的量測(cè)方法 作業(yè)準(zhǔn)備、載入、夾緊、技巧測(cè)量的特性不對(duì)變形（量具或零件）環(huán)境 溫度、濕度、振動(dòng)、清潔錯(cuò)誤的假設(shè)，應(yīng)用的常數(shù)不對(duì)應(yīng)用 零件數(shù)量、位置操作者技能、疲勞、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）12. 線性分析計(jì)算公式如下:線性=×製程變異(或公差)線性=100(線性/製程變異(或公差)如果線性不佳，可能原因是：儀器需要校準(zhǔn)，縮短校準(zhǔn)週期儀器

22、、設(shè)備或夾具的磨損維護(hù)保養(yǎng)不好 空氣、動(dòng)力、液體、過(guò)濾器、腐蝕、塵土、清潔基準(zhǔn)的磨損或損壞，基準(zhǔn)的誤差 最小最大不適當(dāng)?shù)男?zhǔn)（沒(méi)有涵蓋操作範(fàn)圍）或使用基準(zhǔn)設(shè)定儀器品質(zhì)不好 設(shè)計(jì)或符合性儀器缺少穩(wěn)健的設(shè)計(jì)或方法應(yīng)用了錯(cuò)誤的量具不同的量測(cè)方法 作業(yè)準(zhǔn)備、載入、夾緊、技巧隨著測(cè)量尺寸不同，（量具或零件）變形量不同環(huán)境 溫度、濕度、振動(dòng)、清潔錯(cuò)誤的假設(shè)，應(yīng)用的常數(shù)不對(duì)應(yīng)用 零件數(shù)量、位置、操作者技能、疲勞、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）13. 計(jì)數(shù)值短期法研究本法通常採(cǎi)取3個(gè)作業(yè)者對(duì)已選擇的50個(gè)零件量測(cè)3次。零件中應(yīng)適當(dāng)選擇規(guī)格邊緣之適量的合格與不合格件，且應(yīng)選擇原使用量具的作業(yè)者。例說(shuō)如下：零件A-1A

23、-2A-3B-1B-2B-3C-1C-2C-3參考參考值代碼111111111110.476901211111111110.509015300000000000.576459400000000000.566152500000000000.570360611011010010.544951X711111110110.465454X811111111110.502295900000000000.4378171011111111110.5155731111111111110.4889051200000001000.559918X1311111111110.5427041411011110010.45

24、4518X1511111111110.5173771611111111110.5319391711111111110.5196941811111111110.4841671911111111110.5204962011111111110.4772362111010101010.452310X2200101011000.545604X2311111111110.5290652411111111110.5141922500000000000.5995812601000000100.547204X2711111111110.5024362811111111110.521642291111111111

25、0.5237543000000100000.561457X3111111111110.5030913211111111110.5058503311111111110.4876133400100101100.449696X3511111111110.4986983611011110110.543077X3700000000000.4092383811111111110.4881843900000000000.4276874011111111110.5011324111111111110.5137794200000000000.5665754310111111010.462410X44111111

26、11110.4708324500000000000.4124534611111111110.4934414711111111110.4863794800000000000.5878934911111111110.4838035000000000000.446697若所有的檢測(cè)判定均與分析者原設(shè)定一樣(即代碼欄均無(wú)”×時(shí)，則可被接受；若檢測(cè)判定不同，則檢測(cè)系統(tǒng)須依P1719加以改善並再價(jià)；若不能改善，應(yīng)尋求替代的檢測(cè)系統(tǒng)。但如某一樣本，所有操作者之所有檢測(cè)結(jié)果均一樣，但卻與分析者之設(shè)定迥異時(shí)，則應(yīng)判定為NG，因?yàn)闃颖臼孪纫驯环治稣咭杂?jì)量型量規(guī)量測(cè)確定過(guò)。附錄：常數(shù)表d2*每 組 數(shù) 據(jù) 數(shù) (m)23456789101112131415組數(shù)(g)11.411.912.242.482.672.832.963.083.183.273.353.423.493.5521.281.812.152.402.602.772.913.023.133.223.303.383.453.5131.231.772.122.382.582.752.893.013.113.213.293.373.433.5041.211.752.112.372.572.742.883.003.103.203.283.363.433.4951.191.742.102.362.562.732.8