MSA-量測系統(tǒng)分析 New

1、1測量系統(tǒng)分析(Measurement Systems Analysis)主講人: 科建顧問 高啟超2測量系統(tǒng)所應(yīng)具有之統(tǒng)計特性 v測量系統(tǒng)必須處于統(tǒng)計控制中，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。這可稱為統(tǒng)計穩(wěn)定性 。v測量系統(tǒng)的變差必須比制造過程的變差小 。v變差應(yīng)小于公差帶 。3v測量精度應(yīng)高于過程變差和公差帶兩者中精度較高者，一般來說，測量精度是過程變差和公差帶兩者中精度較高者的十分之一 。v測量系統(tǒng)統(tǒng)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(tǒng)的最大的變差應(yīng)小于過程變差和公差帶兩者中的較小者 。測量系統(tǒng)所應(yīng)具有之統(tǒng)計特性 4標(biāo)準(zhǔn) v國際標(biāo)準(zhǔn)

2、v第一級標(biāo)準(zhǔn)(連接國家標(biāo)準(zhǔn)和私人公司、科研機構(gòu)等) v第二級標(biāo)準(zhǔn)(從第一級標(biāo)準(zhǔn)傳遞到第二級標(biāo)準(zhǔn))v工作標(biāo)準(zhǔn)(從第二級標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作標(biāo)準(zhǔn)) 5測量系統(tǒng)的評定 v測量系統(tǒng)的評定通常分為兩個階段，稱為第一階段和第二階段 v第一階段：明白該測量過程并確定該測量系統(tǒng)是否滿足我們的需要。第一階段試驗主要有二個目的 ：v確定該測量系統(tǒng)是否具有所需要的統(tǒng)計特性，此項必須在使用前進行 。v發(fā)現(xiàn)哪種環(huán)境因素對測量系統(tǒng)有顯著的影響，例如溫度、濕度等，以決定其使用之空間及環(huán)境 。6v第二階段的評定 v目的是在驗證一個測量系統(tǒng)一旦被認為是可行的，應(yīng)持續(xù)具有的統(tǒng)計特性。v常見的“量具R&R”就是其中的一種型式。測量系統(tǒng)的

3、評定 7各項定義 v量具: 任何用來獲得測量結(jié)果的裝置，包括用來測量合格/不合格的裝置 。v測量系統(tǒng)：用來獲得表示產(chǎn)品或過程特性的數(shù)值的系統(tǒng)，稱之為測量系統(tǒng)。測量系統(tǒng)是與測量結(jié)果有關(guān)的儀器、設(shè)備、軟件、程序、操作人員、環(huán)境的集合。v量具重復(fù)性：指同一個評價人，采用同一種測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值（數(shù)據(jù)）的變差。8v量具再現(xiàn)性：指由不同的評價人，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。v穩(wěn)定性：指測量系統(tǒng)在某持續(xù)時間內(nèi)測量同一基準(zhǔn)或零件的單一特性時獲得的測量值總變差。各項定義 9v偏倚:指同一操作人員使用相同量具，測量同一零件之相同特性多次數(shù)所得平均

4、值與采用更精密儀器測量同一零件之相同特性所得之平均值之差，即測量結(jié)果的觀測平均值與基準(zhǔn)值的差值，也就是我們通常所稱的“準(zhǔn)確度”v線性：指測量系統(tǒng)在預(yù)期的工作范圍內(nèi)偏倚的變化。各項定義 10分析時機 v新生產(chǎn)之產(chǎn)品，PV有不同時 v新儀器，EV有不同時 v新操作人員，AV有不同時 v易損耗之儀器必須注意其分析頻率11R&R之分析 v決定研究主要變差形態(tài)的對象.v使用平均數(shù)及全距或變差數(shù)分析方法對量具進行分析.v于制程中隨機抽取被測定材料需屬統(tǒng)一制程.12R&R之分析 v選2-3位操作員使用校驗合格的量具分別對10個零件進行測量, 測試人員將操作員所讀數(shù)據(jù)進行記錄, 研究其重復(fù)性及再現(xiàn)性(作業(yè)員應(yīng)

5、熟悉并了解一般操作程序, 避免因操作不一致而影響系統(tǒng)的可靠度)同時評估操作員對量具的熟練度. 13v針對重要特性所使用量具的精確度應(yīng)是被測量物品公差的1/10, (即其最小刻度應(yīng)能讀到1/10過程變差或規(guī)格公差較小者; 如: 過程中所需量具讀數(shù)的精確度是0.01m/m, 則測量應(yīng)選擇精確度為0.001m/m), 以避免量具的鑒別力不足，一般之特性者所使用量具的精確度應(yīng)是被測量物品公差的1/5。 R&R之分析 14v試驗完后, 測試人員將量具的重復(fù)性及再現(xiàn)性數(shù)據(jù)進行計算,如R&R數(shù)據(jù)表, R&R分析報告,依公式計算并作成X-R管制圖或直接用表計算即可R&R之分析 15結(jié)果分析 :v當(dāng)重復(fù)性(EV

6、)變差值大于再現(xiàn)性(AV)時 .量具的結(jié)構(gòu)需在設(shè)計增強.量具的夾緊或零件定位的方式(檢驗點)需加以改善 .量具應(yīng)加以保養(yǎng).16結(jié)果分析 :v當(dāng)再現(xiàn)性(AV)變差值大于重復(fù)性(EV)時 .作業(yè)員對量具的操作方法及數(shù)據(jù)讀取方式應(yīng)加強教育, 作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)再明確訂定或修訂 .可能需要某些夾具協(xié)助操作員, 使其更具一致性的使用量具 .量具與夾治具校驗頻率于入廠及送修糾正后須再做測量系統(tǒng)分析, 并作記錄 .17測量系統(tǒng)R & R分析n這里介紹常用的均值-極差法，用來研究測量系統(tǒng)的雙性：R & R。n研究R & R的前提是測量系統(tǒng)已經(jīng)過校準(zhǔn)，而且其偏倚、線性及穩(wěn)定性已經(jīng)過評價并認為可接受。18舉一典型情況說明

7、此方法n1 確定M名操作者A、B、C，選定N個被測零件，按1、2、，編號。被選定零件盡可能反映整個過程的變差。n1.1 測取數(shù)據(jù)：A以隨機順序測取所有數(shù)據(jù)并記錄之，B、C：在不知他人測量結(jié)果的前提下，以同樣方法測量各零件的數(shù)據(jù)并記錄之。n再以隨機順序重復(fù)上述測量r次(如23次)。19n2 數(shù)據(jù)處理n2.1 極差計算。時，查表，當(dāng)可根據(jù)試驗次數(shù)，計算控制限（總平均極差極差計算每個操作者的平均次測量的極差各個分別計算每個操作者對07)4(;/ ).)3(;,.,)2(;,.,2 , 1;,) 1 (34334DrrDDDRLCLDRUCLMRRRRRRRRNjRRRrRRmbamcbacjbjaj

8、舉一典型情況說明此方法20n2.2 均值計算jjPDIEFMcbaNaMCBAjjjjjjjjjMinXMaxXRMinXMaxXXXXXXMAAANXXXXXMCBAMXMCBA與最小值之差，認為求各零件均值中最大值最小值之差，認為求各人均值中最大值與總均值例如值求出各人所有零件的均值求出所有人各零件的均求出各人各零件的均值)6()5().(1)4().(1,.,) 3().(1)2(,.,) 1 (21舉一典型情況說明此方法21n3 結(jié)果分析n以下計算的變差均以99%的正態(tài)概率為基礎(chǔ)，即變差=5.15。n3.1 重復(fù)性05. 3, 345. 4, 2111KrKrKREV當(dāng)試驗次數(shù)舉一典型

9、情況說明此方法22n3.2 再現(xiàn)性070. 2365. 32.,/15. 5)()(22222222AVKmKmrNmddKNrEVKXAVDIFE若根號內(nèi)為負值，則時，時，當(dāng)評價人數(shù)試驗數(shù)零件數(shù)，其中取決于其中舉一典型情況說明此方法23n3.3 測量系統(tǒng)雙性（R & R）n3.4 零件變差22)()(&AVEVRR3KRPVP值表3K3K零件數(shù)N23.6532.7042.3052.0861.9371.8281.7491.67101.62舉一典型情況說明此方法24n3.5 總變差n3.6 各變差占總變差的百分比n%AV=AV/TV X 100%n%R&R=R&R/TV X 100%n%PV=P

10、V/TV X 100%n%EV=EV/TV X 100%22)()&(PVRRTV舉一典型情況說明此方法25n應(yīng)同時將EV、AV、R&R各值與公差帶寬度比較，得出各變差占公差帶的百分比。n%R&R可接受的條件是：n30%不可接受，應(yīng)改進。舉一典型情況說明此方法26n數(shù)值10%的誤差測量系統(tǒng)可接受 .n10%數(shù)值30%的誤差測量系統(tǒng)不能接受, 須予以改進. 進行各種勢力發(fā)現(xiàn)問題并改正，必要時更換量具或?qū)α烤咧匦逻M行調(diào)整, 并對以前所測量的庫存品再抽查檢驗, 如發(fā)現(xiàn)庫存品已超出規(guī)格應(yīng)立即追蹤出貨通知客戶, 協(xié)調(diào)處理對策 .量具R&R的可接受性準(zhǔn)則：27習(xí)題：nXYZ公司根據(jù)控制計劃中要求針對游標(biāo)卡

11、尺作R&R分析，選定3名操作者A、B、C，選定10個被測零件，按1、2、10編號，其所測結(jié)果記錄在表中，請根據(jù)所測結(jié)果計算：EV=?,AV=?,R&R=?,PV=?,TV=?,%EV=?,%AV=?,%R&R=?,%PV=?,根據(jù)%R&R的計算結(jié)果請判定此游標(biāo)卡尺是否符合要求？28穩(wěn)定性分析之執(zhí)行 :v選取一個樣品, 并建立可追溯標(biāo)準(zhǔn)之真值或基準(zhǔn)值, 若無樣本則可從生產(chǎn)線中取一個落在中心值域的零件, 當(dāng)成標(biāo)準(zhǔn)值, 且應(yīng)針對預(yù)期測試值的最低值，最高值及中程數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)各取得樣本或標(biāo)準(zhǔn)件, 并對每個樣本或標(biāo)準(zhǔn)件單獨測量并繪制控制圖.(所以可能是須做三張控制圖來管制儀器之高、中、低各端，但一般而言，只需

12、做中間值那個就可以了)29v定期(時、天、周)對標(biāo)準(zhǔn)件或樣本測量35次. 注意, 決定樣本量及頻度的考慮因素應(yīng)包括要求多長時間重新校正或修理次數(shù), 測量系統(tǒng)使用的頻度與操作環(huán)境(條件)等. v將測量(數(shù)據(jù))值標(biāo)記在X-R CHART 或XS CHART上. v計算管制界限, 確定每個曲線的控制限并按標(biāo)準(zhǔn)圖判斷失控或不穩(wěn)定狀態(tài) 。穩(wěn)定性分析之執(zhí)行 :30v計算標(biāo)準(zhǔn)差, 并與測量過程偏差相比較, 以評估測量系統(tǒng)的重復(fù)性是否適于應(yīng)用。v不可以發(fā)生此項之標(biāo)準(zhǔn)差大于過程標(biāo)準(zhǔn)差之現(xiàn)象，如果有發(fā)生此現(xiàn)象，代表測量之變異大于制程變異，此項儀器是不可接受的。穩(wěn)定性分析之執(zhí)行 :31v穩(wěn)定性之判定：穩(wěn)定性之判定一

13、般之方式和控制圖之判定方式是一致的v(一)不可以有點子超出控制界限，v(二)不可以有連續(xù)三點中有二點在A區(qū)或A區(qū)以外之位置，v(三)不可以有連續(xù)五點中有四點在B區(qū)或B區(qū)以外之位置，穩(wěn)定性分析之執(zhí)行 :32v(三)不可有連續(xù)八點在控制圖之同一側(cè)，v(四)不可以有連續(xù)七點持續(xù)上升或下降之情形；v如果有以上之情形，代表儀器已不穩(wěn)定，須做維修或調(diào)整，維修及調(diào)整完后須再做校正以及穩(wěn)定性之分析 。穩(wěn)定性分析之執(zhí)行 :33偏倚分析之執(zhí)行 :v獨立取樣法 :n選取一個樣品, 并建立可追溯標(biāo)準(zhǔn)之真值或基準(zhǔn)值, 若無樣本則可從生產(chǎn)線中取一個落在中心值域的零件, 當(dāng)成標(biāo)準(zhǔn)值, 且應(yīng)針對預(yù)期測試值的最低值，最高值及中

14、程數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)各取得樣本或標(biāo)準(zhǔn)件,每個樣本都要求單獨分析，并對每個樣本或標(biāo)準(zhǔn)件測量10次, 計算其平均值, 將其當(dāng)成 “基準(zhǔn)值” .n由一位作業(yè)者以常規(guī)方式對每個樣本或標(biāo)準(zhǔn)件測量10次. 并計算出平均值, 此值為 “觀測平均值” .34v計算偏倚 :n偏倚= 觀察平均值 基準(zhǔn)值 n制程變差= 6 n如果需要一個指數(shù)，把偏倚乘以100再除以過程變差(或公差)，就把偏倚轉(zhuǎn)化為過程變差(或公差)的百分比，偏倚占過程變差的百分比計算如下：n偏倚%=100(偏倚)/過程變差 n偏倚占公差百分比采用同樣方法計算，式中用公差代替過程變差。偏倚分析之執(zhí)行 :35n針對偏倚之部份，判定之原則為： n重要特性部份其偏

15、倚%須=10%； n一般特性其偏倚%須30%；應(yīng)依據(jù)儀器之使用目的來說明其接受之原因。 n其偏倚%大于30%者，此項儀器不適合使用。 偏倚分析之執(zhí)行 :36偏倚較大的可能原因：n標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)值誤差，檢驗校準(zhǔn)程序。n儀器磨損，主要表現(xiàn)在穩(wěn)定性分析上，應(yīng)制定維護或重新修理的計劃。n制造的儀器尺寸不對。n儀器測量了錯誤的特性。n儀器校準(zhǔn)不正確，復(fù)查校準(zhǔn)方法。n評價人員操作儀器不當(dāng)，復(fù)查檢驗方法。n儀器修正計算不正確。37線性分析之執(zhí)行 v獨立取樣法 :n針對產(chǎn)品所須使用之范圍，利用標(biāo)準(zhǔn)件或產(chǎn)品樣本(一般區(qū)分為五個等分，其范圍須包括產(chǎn)品之規(guī)格公差之范圍)來做儀器之線性分析，如果是采用標(biāo)準(zhǔn)件須有真值，如果

16、是使用產(chǎn)品樣本時，則這些的產(chǎn)品樣本須先經(jīng)精密測量十次以上，再予以平均，以此當(dāng)做是真值或基準(zhǔn)值 。n由一位作業(yè)者以常規(guī)方式對每個樣本或標(biāo)準(zhǔn)件測量10次. 并計算出平均值, 此值為 “觀察平均值” .38v計算偏倚 :n偏倚= 觀察平均值 基準(zhǔn)值 n過程變差= 6v繪圖 :nX軸=基準(zhǔn)值 nY軸= 偏倚 n其方程式為: y=a+bx n再分別計算其 n截距，斜率，擬合優(yōu)度，線性，線性%等 線性分析之執(zhí)行 39nxxnyxxya22)()(斜率)(nxanyb截鉅nyynxxnyxxyR222222)()(擬合優(yōu)度線性=(斜率)*(過程變差)%線性=100%線性過程變差 =100% (斜率) 線性分

17、析之執(zhí)行 Linest, SlopeInterceptCorrel40v判定 :v針對重要特性其線性度%5% v一般特性其線性度%10%以上者判為不合格，此項之儀器不適合使用。線性分析之執(zhí)行 41測量系統(tǒng)為非線性的可能原因：n在工作范圍內(nèi)上限或下限內(nèi)儀器沒有正確校準(zhǔn)n最小或最大值校準(zhǔn)量具的誤差n磨損的儀器n儀器固有的設(shè)計特性42何謂計數(shù)型量具 v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。 v計數(shù)型量具不能象計量型量具指示一個零件多幺好或多幺壞，它只能指示該零件被接受還是拒收。 43小樣法之做法 v先選取二十個零件來進行。 v選取二位評價人以一種能防止評價人偏倚的方

18、式兩次測量所有零件。 v在選取二十個零件時，必須有一些零件稍許高或低于規(guī)范限值。 v所有的測量結(jié)果(每個零件測四次)一致則接受該量具，否則應(yīng)改進或重新評價該量具，如果不能改進該量具，則不能被接受并且應(yīng)找到一個可接受之替代測量系統(tǒng)。 44 A 評價人 B 評價人 1 2 1 2 1 G G G G 2 G G G G 3 NG G G G 4 NG NG NG NG 5 G G G G 6 G G G G 7 NG NG NG NG 8 NG NG G G 9 G G G G 10 G G G G 11 G G G G 12 G G G G 13 G NG G G 14 G G G G 15 G

19、 G G G 16 G G G G 17 G G G G 18 G G G G 19 G G G G 20 G G G G v典型的計數(shù)型量具研究小樣法的表格：45大樣法 v對于某計數(shù)型量具，用量具特性曲線(GPC)的概念來進行量具研究，GPC是用于評價量具的重復(fù)性和偏倚 。v這種量具研究可用于單限值和雙限值量具 。v對于雙限值量具，假定誤差是線性一致的，只需檢查一個限值 。46大樣法之做法 v一般地，計數(shù)型量具研究包括獲得多個被選零件的基準(zhǔn)值。這些零件經(jīng)過多次(m)評價，連同接受總次數(shù)(a)，逐個零件地記錄，從這些結(jié)果就能估計重復(fù)性和偏倚 。47第一步驟v選取零件。最根本的是已知研究中所用零

20、件的基準(zhǔn)值。應(yīng)盡可能按實際情況等間隔選取八個零件，其最大和最小值應(yīng)代表該過程范圍v八個零件必須用量具測量m=20，并記錄接受的次數(shù)(a) 。48第二步驟v對于整個研究，最小的零件必須a=0，最大的零件a=20，記錄接受的次數(shù)(a)。其余1a19 。v如果不滿足這些準(zhǔn)則，必須用量具測量更多的已知其基準(zhǔn)值的零件(X)。直到滿足上述條件 。v如果最小值零件的a0，那幺選取越來越小的零件所評價直至a=0 49v如果，最大值零件的a20,那么選取越來越大的零件并評價直至a=20。v如果六個零件不滿足1a19，在全范圍內(nèi)的選取點選取額外零件，這些點可選在量具研究已測量的零件測量中間點。第三步驟50975.

21、 0set 20025. 0set 05 . 0, 5 . 020, 5 . 0,5 . 00, 5 . 0,5 . 0aaapapamaifamaifmaamaifmap計算各個零件的接收概率：51偏倚(Bias)之計算整因子是一（下限值）個 調(diào)1.08factor adjustmentan is 08. 108. 1)025. 0 ()975. 0 (ityRepeatabillimitLower )5 . 0 (aTaTaTPatYPatYPatYBias52偏倚是否偏離 0 之檢定明顯偏離零。則該偏倚如果該計算值大於,2.093zero. fromdifferet tlysignifi

22、can is bias then the2.093an greater th is valuecalculated thisIfRe3 .31ypeatabilitBiast53 Yt a Pa0.016000.0250.015010.0750.014030.1750.013050.2750.012080.4250.0110160.7750.0105180.8750.0100200.9750.0080201.000偏倚是否偏離 0 之檢定54偏倚是否偏離 0 之檢定0.00000.00200.00400.00600.00800.01000.01200.01400.01600.018000.20.40.60.811.2PaYt55范例計算之結(jié)果正