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)果的整個過程。2通用測量系統(tǒng)指南測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性盡管每一個測量系統(tǒng)可能需要有不同的統(tǒng)計特性，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。變異應小于公差帶。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。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)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。標準用來傳遞測量的程序稱為“校準”程序。溯源標準。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。第二階段試驗的目的是驗證一個測量系統(tǒng)一旦被認為是可行的，應持續(xù)具有恰當?shù)慕y(tǒng)計特性。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：在評價一個測量系統(tǒng)時需要確定三個基本問題。①.測量系統(tǒng)有足夠的分辨力嗎？②.測量系統(tǒng)在一定時間內(nèi)是否在統(tǒng)計上保持一致？③.統(tǒng)計特性能在預期范圍內(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值的差值?；鶞手?，也稱為可接受的基準值或標準值，是充當測量值的一個一致認可的基準，一個基準值可以通過采用更高級別的測量設(shè)備進行多次測量，取其平均值來確定。偏倚基準值觀測的平均值5評定測量系統(tǒng)的程序重復性：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。重復性再現(xiàn)性：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。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)時間內(nèi)測量同一基準或零件的同一特性時獲得的測量值總變差。穩(wěn)定性時間1時間2線性：在量具預期的工作范圍內(nèi)，偏倚值的差值。觀測的平均值基準值偏倚大基準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?(標準偏差）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―計量型量具研究測量系統(tǒng)研究的準備：1先計劃將要使用的方法。2評價人的數(shù)量﹐樣品數(shù)量及重復讀數(shù)次數(shù)應預先確定。在此選擇中應考慮的因素如下﹕尺寸的關(guān)鍵性—關(guān)鍵尺寸需要更多的零件和/或試驗。原因是量具研究評價所需的置信度﹔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。3由于其目的是評價整個測量系統(tǒng)﹐評價人的選擇應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工作范圍。有時每一天取一個樣本﹐持續(xù)若干天。這樣做是有必要的﹐因為分析中這些零件被認為生產(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以便于識別﹔5儀器的分辨力應允許至少直接讀取特性的預期過程變差的十分之一。例如﹐如果特性的變差為0.001﹐儀器應能讀取0.0001的變化﹔6確保測量方法（即評價人和儀器）在按照規(guī)定的測量步驟測量特征尺寸。8

進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)計獨立性。為最大限度地減少誤導結(jié)果的可能性﹐應采取下列步驟﹕2在設(shè)備讀數(shù)中﹐讀數(shù)應估計到可得到的最接近的數(shù)字。如果可能﹐讀數(shù)應取至最小刻度的一半。例如﹐如果最小刻度為0.0001﹐則每個讀數(shù)的估計應圓整為0.00005﹔3研究工作應由知其重要性且仔細認真的人員進行﹔4每一位評價應采用相同方法―包括所有步驟―來獲得讀數(shù)﹔1測量應按照隨機順序﹐以確保整個研究過程中產(chǎn)生的任何漂移或變化將隨機分布。評價人不應知道正在檢查零件的編號﹐以避免可能的偏倚。但是進行研究的人應知道正在檢查哪一零件﹐并相應記下數(shù)據(jù)﹐即評價人A﹐零件1﹐第一次試驗﹔評價人B﹐零件4,第二次試驗等﹔評定測量系統(tǒng)的程序―計量型量具研究9進行研究﹕詳細程序如下﹕1取得包含10個零件在一個樣本﹐代表過程變差在實際或預期范圍。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(shù)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(jié)果記錄在第一行。讓測試人B和C測量這10個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使用不同的隨機測量順序重復上述操作過程。把數(shù)據(jù)填入第2﹑7和12行。在適當?shù)牧杏涗洈?shù)據(jù)。例如﹐第一個測量的零件是零件7﹐則將結(jié)果記錄在標有第7號零件的列內(nèi)﹐如果需要試驗3次﹐重復上述操作﹐將數(shù)據(jù)記錄在第3﹑8和13行。6當零件量過大或無法獲得所需零件時﹐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―計量型量具研究10A讓評價人A測量第1個零件﹐并在第一行記錄讀數(shù)﹐讓評價人B測量第1個零件記錄在第6行記錄讀數(shù)﹐讓評價人C測量第1個零件并在第11行記錄讀數(shù)﹕B讓評價人A重復讀取第1個零件的讀數(shù)﹐記錄在第2行﹐評價人B在第7行記錄重復讀數(shù)﹐評價人C在第12行記錄重復讀數(shù)。如果需要測量3次﹐則重復上述操作并在第3﹑8和13行記錄數(shù)據(jù)。7如果評價人在不同的班次﹐可以使用一個替代的方法。讓評價人A測量10個零件﹐并將讀數(shù)記錄在第1行。然后﹐讓評價人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。評價人B和C也同樣做。數(shù)值計算量具的重復性和再現(xiàn)性的計算如表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是報告表格﹐記錄了所有識別信息和按規(guī)定公式進行的所有計算。收集數(shù)據(jù)后的計算程序如下﹕評定測量系統(tǒng)的程序―計量型量具研究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)相加并隊以零件數(shù)量﹐得到第一個評價人的測量平均極差Ra。同樣對第10和15行的數(shù)據(jù)進行處理得到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﹕如果進行2次試驗則。D3為零﹐D4為3.27。單個極差的上限值（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使用原來的評價人和零件重復讀取任何極差大于計算的UCLR的讀數(shù)﹐或剔除那些值并重新計算平均值。根據(jù)修改過的樣本容量重新計算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)應早已被糾正了﹐且在這里不會出現(xiàn)﹔評定測量系統(tǒng)的程序―計量型量具研究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行重復這個過程﹐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?shù)目崭裉?。并確定它們的差值﹐將差值填入第18行標有XDiff處的空格內(nèi)（表1）﹔10將每個零件每次測量值相加并除以總的測量次數(shù)（試驗次數(shù)乘以評價人數(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的計算值轉(zhuǎn)填入報告表格的欄中（表2）﹔13在表格左邊標有“測量系統(tǒng)分析”的欄下進行計算﹔14在表格右邊標有“總變差%”的欄下進行計算﹔15檢查結(jié)果確認沒有產(chǎn)生錯誤﹔評定測量系統(tǒng)的程序―計量型量具研究13評定測量系統(tǒng)的程序―計量型量具研究14評定測量系統(tǒng)的程序―計量型量具研究15結(jié)果—數(shù)值分析評定測量系統(tǒng)的程序―計量型量具研究量具得復性和再現(xiàn)性數(shù)據(jù)和報告表格﹐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測量系統(tǒng)的過程變差百分比以及它的重復性﹑再現(xiàn)性﹐零件間變差重復性或設(shè)備變差（EV或δe）由平均極差R乘以一個常數(shù)(K1）得出。e再現(xiàn)性或評價變差（AV或δo）由評價人的最大平均差(XDIFF)乘以一個常數(shù)(K2）得出。由于評價人變差包括設(shè)備變差﹐必須減去設(shè)備變差部分來校正。因此﹐評價人變差（AV）計算如右﹕AV=[XDIFF*K2]2-[(EV)2n*r]式中﹕n=零件數(shù)﹐r=試驗次數(shù)。如果根號下計算值為負﹐則評價人變差（AV）缺省為0。16評定測量系統(tǒng)的程序―計量型量具研究測量系統(tǒng)變差重復性和再現(xiàn)性（R&R或σm)的計算是將設(shè)備變差的平方與評價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)乘以一個常數(shù)（K3）研究中的總變差（TV或σt）由重復性和再現(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[]計算的。其它因素占總變差要百分率可以同樣計算如下﹕評定測量系統(tǒng)的程序―計量型量具研究EVTV%AV=100[]AVTV%R&R=100[]TVR&R%PV=100[]PVTV各因素占總變差的百分數(shù)和不等于100%量具重復性和再現(xiàn)性（R&R)的可接受性準則是﹕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(tǒng)需要改進。進行各種努力發(fā)現(xiàn)問題并改正。18計數(shù)型量具研究（小樣法）所謂計數(shù)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