SMSA測量系統(tǒng)培訓(xùn)

TS16949：MSA測量系統(tǒng)分析培訓(xùn)1???????????課程大綱

測量系統(tǒng)分析的意義和目的； 測量系統(tǒng)分析的定義： 測量系統(tǒng)、量具、測量、測量過 程；?測量系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)知識：

1）、測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性：偏倚、 重復(fù)性、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性、線性、 分辨力

2）、理想的測量系統(tǒng)計量型測量系統(tǒng)的分析方法

1）偏倚

2）穩(wěn)定性

3）線性

4）重復(fù)性和再現(xiàn)性（R&R）計數(shù)型測量系統(tǒng)的分析方法

1）小樣法

2）大樣法3）、測量系統(tǒng)的共同特性4）、測量系統(tǒng)的評定步驟和準(zhǔn)備

2測量的重要性人機法環(huán)測量合格原料過程活動測量結(jié)果

不合格?如果測量出現(xiàn)問題，那么合格的產(chǎn)品可能被判為不合 格，不合格的產(chǎn)品可能被判為合格，此時便不能得到真 正的產(chǎn)品或過程特性。?因此，要保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度。

3

測量誤差Y=x+ε測量值＝真值+測量誤差戴明說沒有真一致值的存在

4???????5

測量誤差的來源分辨能力精密度準(zhǔn)確度(重復(fù)性)(偏差)?損壞不同儀器和夾具間的差異

不同使用人員的差異 使用不同的方法所造成差異 不同環(huán)境所造成的差異(再現(xiàn)性)測量的變異說明工件+(零件)儀器+(量具)

彈性變形 清潔度溯源性

隱藏的幾何形狀制造設(shè)計 維護測量系標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)穩(wěn)定性 振動 熱膨脹

照明 壓力溫度經(jīng)驗培訓(xùn)

理解 體力溫度變異性環(huán)境人員6為什么要進行測量系統(tǒng)分析?即使量具經(jīng)過檢定或校準(zhǔn)，由于人、機、料、法、環(huán)、測等五方面的原因，會帶來測量誤差。?檢測設(shè)備的檢定或校準(zhǔn)不能滿足實際測量的需要。?滿足QS9000、ISO/TS16949標(biāo)準(zhǔn)的要求：ISO/TS16949:2009標(biāo)準(zhǔn)7.6.1規(guī)定：為分析出現(xiàn)在各種測量和試驗設(shè) 備系統(tǒng)測量結(jié)果的變差，必須進行適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計研究。此要求必須適用 于在控制計劃中提及的測量系統(tǒng)。這些分析方法以及接收準(zhǔn)則的使用 必須符合顧客的測量系統(tǒng)分析參考手冊。采用其他的分析方法和接受 準(zhǔn)則必須獲得顧客的批準(zhǔn)。7測量系統(tǒng)分析的目的?運用統(tǒng)計分析方法，確定測量系統(tǒng)測量結(jié)果的變差（測量誤差），了解變差的來源。?確定一個測量系統(tǒng)的質(zhì)量，并且為測量系統(tǒng)的改進提供信息。?保證所用統(tǒng)計分析方法及判定準(zhǔn)則的一致性。8測量系統(tǒng)的基本知識和概念?術(shù)語?測量系統(tǒng)及其統(tǒng)計特性?分辨力、穩(wěn)定性、偏倚、重復(fù)性、再現(xiàn)性、線性?理想的測量系統(tǒng)?測量系統(tǒng)的共同特性?測量系統(tǒng)的評定步驟和準(zhǔn)備9

術(shù)語?測量：賦值給具體事物以表示他們之間的關(guān)系。而 賦予的值定義為測量值。?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)：用來對被測量特性賦值的操作、程序、 量具、設(shè)備、軟件以及操作人員的集合。10測量系系統(tǒng)的的組成成人操作人人員測量系統(tǒng)機料法環(huán)量具/測量設(shè)設(shè)備/工裝被測的的材料料/樣品/特性操作方方法、、操作作程序序工作的的環(huán)境境11測量系系統(tǒng)的的統(tǒng)計計特性性?通常使使用測測量數(shù)數(shù)據(jù)的的統(tǒng)計計特性性來衡衡量測測量系系統(tǒng)的的質(zhì)量：1）分辨辨力2）偏倚倚3）重復(fù)復(fù)性4）再現(xiàn)現(xiàn)性5）線性性6）穩(wěn)定定性DiscriminationBiasRepeatabilityReproducibilityLinearityStability12分辨力力（率率）?定義：：指測測量系系統(tǒng)檢檢出并并如實實指示示被測測特性性中極極小變變化的的能力。?傳統(tǒng)是公差差范圍的十十分之一。。建議的要要求是總過過程6σ(標(biāo)準(zhǔn)偏差)的十分之一一。10T3013分辨力（率率）分辨力差12345分辨力好1234514偏倚基準(zhǔn)值偏倚?偏倚：是測測量結(jié)果的的觀測平均值與基準(zhǔn)值的差值。?基準(zhǔn)值的取取得可以通通過采用更高級別別的測量設(shè)設(shè)備進行多次測量量，取其平平均值來確定。觀測平均值值15重復(fù)性重復(fù)性是由由一個評價人，采采用一種測量儀器，，多次測量量同一零件的同一特性時獲得得重復(fù)性真值重復(fù)性好均值的測量值變變差。真值重復(fù)性差均值16再現(xiàn)性操作者C?再現(xiàn)性是由由不同的評價人，采用相同的測量儀器，測量同一零件的同一特性時測量量平均值的的變差。操作者B操作者A再現(xiàn)性再現(xiàn)性好真值真值再現(xiàn)性差17穩(wěn)定性穩(wěn)定性：是是測量系統(tǒng)統(tǒng)在某持續(xù)時間內(nèi)測量同一基準(zhǔn)或零件的的相同特性時獲得得的測量值值的總變差差。穩(wěn)定性時間2時間118線性線性是在量量具預(yù)期的的工作范圍圍內(nèi)，偏倚倚值的差值值：可以用整個個儀器量程程范圍內(nèi)的的偏移之差差（或偏差差）的量度度來度量樣本的的線性度。。如果偏移移在整個量量程范圍內(nèi)內(nèi)不變，則則具有很好的線線性度?；鶞?zhǔn)值基準(zhǔn)值觀測平均值值量程觀測平均值值19平線性此時線性度度是個問題題有偏倚偏移觀測的無偏倚.0001.001測量單元.01.1此時線性度度不是個問問題均值偏移基準(zhǔn)值.0001.001.01.1測量單元20測量系統(tǒng)的的分析?測量系統(tǒng)的的變差類型型：偏倚、重復(fù)復(fù)性、再現(xiàn)現(xiàn)性、穩(wěn)定定性、線性性?測量系統(tǒng)特特性可用下下列方式來來描述：：1）位置：穩(wěn)穩(wěn)定性、偏偏倚、線性性。2）寬度或范范圍：重復(fù)復(fù)性、再現(xiàn)現(xiàn)性。21位置和寬度度標(biāo)準(zhǔn)值位置寬度位置寬度22理想的測量量系統(tǒng)理想的測量量系統(tǒng)在每每次使用時時：?應(yīng)只產(chǎn)生““正確”的的測量結(jié)果果。?每次測量結(jié)結(jié)果總應(yīng)該該與一個標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值相符符。?一個能產(chǎn)生生理想測量量結(jié)果的測測量系統(tǒng)，，應(yīng)具有零方方差、零偏偏倚和所測測的任何產(chǎn)產(chǎn)品錯誤分類類為零概率率的統(tǒng)計特特性。23測量系統(tǒng)所所應(yīng)具有的的特性?測量系統(tǒng)必必須處于統(tǒng)統(tǒng)計控制中中，這意味味著測量系系統(tǒng)中的變差只能是是由于普通通原因而不不是由于特特殊原因造造成的。這可稱為統(tǒng)統(tǒng)計穩(wěn)定性性；?測量系統(tǒng)的的變異必須須比制造過過程的變異異??；?變異應(yīng)小于于公差帶；；?測量精密應(yīng)應(yīng)高于過程程變差和公公差帶兩者者中精度較較高者，一般來說，，測量精度度是過程變變異和公差差帶兩者中中精度較高者的十分分之一；?測量系統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)計特性可可能隨被測測項目的改改變而變化化。若真的如此，則則測量系統(tǒng)統(tǒng)的最大的的變差應(yīng)小小于過程變變差和公差帶兩者中中的較小者者。24??測量系統(tǒng)的的評定第一階段：：明白該測量量過程并確確定該測量量系統(tǒng)是否否滿足我們們的需要。主要有有二個目的的：1）確定該測測量系統(tǒng)是是否具有所所需要的統(tǒng)統(tǒng)計特性，，此項必須在使用前前進行。2）發(fā)現(xiàn)種環(huán)環(huán)境因素對對測量系統(tǒng)統(tǒng)顯著的影影響，例如如溫度、濕度等，以以決定其使使用的環(huán)境境要求。第二階段：：目的是在驗驗證一個測測量系統(tǒng)一一旦被認為為是可行的的，應(yīng)持續(xù)具有恰恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計計特性。常見的量具具R&R分析是其中中的一種試試驗型式。。25計量型測量量系統(tǒng)研究究26計量型測量量系統(tǒng)研究究作業(yè)步驟：：（1）確定M名操作者A、B、C……，選定N個被測零件，按1、2、……，編號。被被選定零件件盡可能反反映整個過程的的變差。（2）測取數(shù)據(jù)據(jù)：A以隨機順序序測取所有有數(shù)據(jù)并記記錄之，B、C在不知他人人測量結(jié)果果的前提下下，以同樣樣方法測量各零零件的數(shù)據(jù)據(jù)并記錄之之。（3）再以隨機機順序重復(fù)復(fù)上述測量量r次(如2～3次)27=（4）數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處理理-極差差計計算算(1)分別別計計算算每每個個操操作作者者對對各各個個零零件件進進行行r次測測量量的的極極差差Raj,Rbj,Rcj;j=1,2,......,N;(2)計算算每每個個操操作作者者的的平平均均極極差差Ra,Rb,Rc,......,Rm;(3)總平平均均極極差差R（Ra+Rb+...+Rm)/M;(4)計算算控控制制限限UCLR=RD4LCLR=RD3D3，D4可根根據(jù)據(jù)試試驗驗次次數(shù)數(shù)r查表表，，當(dāng)r<7時，，D3=0。28jj值jjj值=j（5）數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處理理-均值值計計算算(1)求出出各各人人各各零零件件的的均均值值A(chǔ)j,Bj,C,......,M(2)求出出所所有有人人各各零零件件的的均均X=1M(Aj+Bj+C+...+M)(3)求出出各各人人所所有有零零件件的的均均XA,XB,XC,......,XM例如如XA=1N(A1+A2+......+AN)(4)總均均值值1M(Xa+Xb+Xc......+XM)(5)求各各人人均均值值中中最最大大值值與與最小小值值之之差差，，認認為為XDIEF=MaxX?MinX(6)求各零件均均值中最大大值與最小值之之差，認為為RP=MaxXj?MinX29111（6）結(jié)果分析析?以下計算的的變差均以以99%的正態(tài)概率率為基礎(chǔ)，，即變差=5.15σ?重復(fù)性EV=R×K當(dāng)試驗次數(shù)數(shù)r=3,Kr=2,K=3.05=4.4530007.5（6）結(jié)果分析析重復(fù)性示例例：評價人1評價人2零件試驗1212172162220216321721642142125216219121621922162163216215421621252202203平均值極差216216.31.0218218.04.0216216.31.0212212.72.0220218.34.0X216.3220218.34.0220217.34.0216215.71.0212213.34.0220220.00.0X216.9R圖控制限R=2.5UCLR=R*D4=LCLR=R*D3=6.40.0子組內(nèi)觀察察次數(shù)23D3D43.267控制圖常數(shù)數(shù)2.575零件變差試驗次數(shù)σe=R/d2m=3g1m21.4131.91g5m21.1931.74g9m21.1631.72零件數(shù)量*評價人g=10d2=1.72(查表)零件變差σe=2.5/1.72=1.452341.281.231.211.811.771.756781.181.171.171.731.731.721011121.161.161.151.721.711.71重復(fù)性性=5.15σe=平均極極差分分布的的d2值312)（6）結(jié)果果分析析?再現(xiàn)性性AV=(XDIFF×K2)?(EV2Nr其中K2=5.15/d2,d2取決于于m.其中N———零件數(shù)數(shù)，r———試驗數(shù)數(shù)當(dāng)評價價人數(shù)數(shù)m=2時，K2=3.65m=3時，K2=2.70若根號號內(nèi)為為負值值，則則AV=032（6）結(jié)果果分析析再現(xiàn)性性示例例：評價人人1評價人人2零件試試驗1212172162220216321721642142125216219121621922162163216215421621252202203平均值值極差216216.31.0218218.04.0216216.31.0212212.72.0220218.34.0X216.3220218.34.0220217.34.0216215.71.0212213.34.0220220.00.0X216.9mmm平均值值極差差R0=216.9-216.3=0.6評價人人數(shù)m=2g=1(只有1個極差差)評價人人標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)偏差差=R0/d2=0.4再現(xiàn)性性=5.15R0/d2=2.2g123421.411.281.231.2131.911.811.771.75g567821.191.181.171.1731.741.731.731.72g910111221.161.161.161.1531.721.721.711.71平均極差差分布的的d2值因量具變變差影響響了再現(xiàn)現(xiàn)性的估估計值，，必須減減去重復(fù)復(fù)性部分分來校正正。校正過的的再現(xiàn)性性=(5.15R0/d2)2-(5.15σe)2/nr=1.0n=零件數(shù)量量，r=試驗次數(shù)數(shù)。校正的評評價人標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)偏差差σ0=1.0/5.150.1933（6）結(jié)果分分析?零件間變變差（PV）零件間變變異：是是指同一一人或不不同人使使用同一一量具測測量不同零件件之相同同特性所所得之變變異。PV=Rp××K3其中:Rp為樣品的的平均值值極差,K3=5.15/d2注:d2取決于零零件數(shù)(n)當(dāng)n=10時,d2=1.6234（6）結(jié)果分分析零件間變變差示例例：評價人1評價人2零件試驗驗123平均值極差1217216216216.31.02220216218218.04.03217216216216.31.04214212212212.72.05216219220218.34.01216219220218.34.02216216220217.34.03216215216215.71.04216212212213.34.05220220220220.00.0平均值217.3217.7216.0213.0219.2極差RP6.2m零件間的的標(biāo)準(zhǔn)偏偏差σP=RP/d2零件數(shù)m=5g=1(只有1個極差)σP=6.2/2.48=2.50零件間變變差PV=5.15*σP=12.88g123421.411.281.231.2131.911.811.771.752.242.152.122.11452.482.402.382.3762.672.602.582.57平均極差差分布的的d2值35（6）結(jié)果分分析?參數(shù)表:362222（6）結(jié)果分分析?測量系統(tǒng)統(tǒng)雙性（（R&R）R&R=(EV)+(AV)?總變差(TV)TV=(R&R)+(PV)37（6）結(jié)果分分析?測量系統(tǒng)統(tǒng)GR&R(%R&R):(GaugeReproducebilityandRepeatability)%R&R=100(R&R/TV)ＧＲ＆ＲＲ示例38（6）結(jié)果分分析?%R&R可接受的的條件是是：?數(shù)值<10%的誤差測測量系統(tǒng)統(tǒng)可接受受?10%<數(shù)值<30%的誤差測測量系統(tǒng)統(tǒng)可接受受或不接接受，決定定于該測測量系統(tǒng)統(tǒng)之重要要性、量量具成本本、修理所需需費用等等因素，，可能是是可接受受的?數(shù)值>30%的誤差測測量系統(tǒng)統(tǒng)不能接接受，須予以改進。。進行各各種努力力發(fā)現(xiàn)問問題并改改正，必必要時更換換量具或或?qū)α烤呔咧匦逻M進行調(diào)整整，并對對以前所測測量的庫庫存品再再抽查檢檢驗，如如發(fā)現(xiàn)庫庫存品已超超出規(guī)格格應(yīng)立即即追蹤出出貨，通通知客戶，協(xié)調(diào)調(diào)處理對對策39（6）結(jié)果分分析?當(dāng)重復(fù)性性(AV)變差值大大于再現(xiàn)現(xiàn)性(EV)時–量具的結(jié)結(jié)構(gòu)需再再設(shè)計增增強–量具的夾夾緊或零零件定位位的方式式(檢驗點)需加以改善–量具應(yīng)加加以保養(yǎng)養(yǎng)40（6）結(jié)果分分析?當(dāng)再現(xiàn)性性(EV)變差值大大于重復(fù)復(fù)性(AV)時–作業(yè)員對對量具的的操作方方法及數(shù)數(shù)據(jù)讀取取方式應(yīng)應(yīng)加強教育,作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)應(yīng)再明明確訂定定或修訂訂–可能需要要某些夾夾具協(xié)助助操作員員,使其更具具一致性的使用用量具–量具與夾夾治具校校驗頻率率于入廠廠及送修修糾正后后須再做測量量系統(tǒng)分分析,并作記錄錄41（7）線性分分析線性：?在測量儀儀器的工工作范圍圍內(nèi)選擇擇一些零零件可確確定線性性。這些被選選零件的的偏倚由由基準(zhǔn)值值與測量量觀察平平均值之之間的差值值確定。。?正如在偏偏倚研究究中一樣樣，零件件的基準(zhǔn)準(zhǔn)值可由由工具室室或全尺寸寸檢驗設(shè)設(shè)備確定定。在操操作范圍圍內(nèi)選取取的那些些零件由一一個或多多個評價價人測量量，確定定每一零零件的觀觀察平均值值，基準(zhǔn)準(zhǔn)值與觀觀察平均均值之間間的差值值為偏倚，要確確定各個個被選零零件的偏偏倚。線線性圖就就是在整整個工作范范圍內(nèi)的的這些偏偏倚與基基準(zhǔn)值之之間描繪繪的。42（7）線性分分析?線性示例例:某工廠領(lǐng)領(lǐng)班對確確定某測測量系統(tǒng)統(tǒng)的線性性感興趣趣?；谠撨^過程變差差，在測測量系統(tǒng)統(tǒng)工作范范圍內(nèi)選選定五個零件件。通過過全尺寸寸檢驗設(shè)設(shè)備測量量每個零零件以確定它它們的基基準(zhǔn)值。。然后一一位評價價人對每每個零件測量量12次。零件件隨機抽抽取，每每個零件件平均值與偏倚倚平均值值的計算算如下表表所示。。零件偏偏倚由零件平平均值減減去零件件基準(zhǔn)值值計算得得出。43偏倚2R2=2（7）線性分分析零件基準(zhǔn)值12312.002.702.502.4024.005.103.904.2036.005.805.705.9048.007.607.707.80510.009.109.309.500.600.400.20線性圖試驗4562.502.702.305.003.803.905.906.006.107.707.807.809.309.409.500.000.00-0.202.004.006.008.0010.0012.00次數(shù)7892.502.502.403.903.903.906.006.106.407.807.707.809.509.509.60-0.40-0.6010112.402.604.004.106.306.007.507.609.209.30-0.80基準(zhǔn)值122.403.806.107.709.40最佳擬合這這些點的線線性回歸直直線及該直直線的擬合合優(yōu)度（R）計算如下下：零件均值2.49基準(zhǔn)值2.00偏倚0.494.134.000.126.036.000.027.718.00-0.299.3810.00-0.62y＝b＋ax式中：x＝基準(zhǔn)準(zhǔn)值y＝偏倚倚a＝斜率率極差0.401.300.700.300.50a=∑xy-(∑x*∑∑y/n)∑x2-(∑x)2/n=-0.13167偏倚=b＋ax=0.7367-0.1317*基準(zhǔn)值b=∑y/n-a*(∑∑x/n)=0.7367斜率越低，，線性越好好。(∑xy-(∑x*∑y/n))2x-(∑∑x)2/n)×(∑y2-(∑y)2=0.97790744計量型測量量系統(tǒng)研究究45計數(shù)型量具具?就是把各個個零件與某某些指定限限值相比較較，如果滿足限件則則接受該零零件否則拒拒收。?計數(shù)型量具具只能指示示該零件被被接受或拒拒收。?計數(shù)型測量量系統(tǒng)的分分析方法有有：1）小樣法；；2）大樣法。。46（8）GO/NOGO分析(小樣法分析析)?先選取20個零件來進進行。?選取二位評評價人以一一種能防止止評價人偏偏倚的方式式兩次測量所有有零件。?在選取20個零件時，，必須有一一些零件稍稍許高或低低于規(guī)范限值。。?所有的測量量結(jié)果(每個零件測測4次)一致則接受受該量具，否則應(yīng)應(yīng)改進或重重新評價該該量具，如如果不能改改進該量具，則則不能被接接受并且應(yīng)應(yīng)找到一個個可接受之之替代測量系統(tǒng)統(tǒng)（續(xù)）47（8）GO/NOGO分析(小樣法分析析)?當(dāng)為不能接接受時，可可能有但不不限于下列列情況，并應(yīng)采取相相對應(yīng)的措措施–儀器性能不不穩(wěn)定，檢檢查并修理理或更換儀儀器；–對測量者進進培訓(xùn)，提提高測量者者測量水平平；–量具的夾緊緊或定位裝裝置需要改改進。（續(xù)）48（8）GO/NOGO分析(小樣法分析析)GO/NOGO示例:橡膠軟管內(nèi)內(nèi)徑通過／／不通過塞塞規(guī)49????大樣法分析析對于某計數(shù)數(shù)型量具，，用量具特特性曲線的的概念來進進行量具研研究，GPC是用于評價量量具的重復(fù)復(fù)性和偏倚倚；這種量具研研究可用于于單限值和和雙限值量量具；對于雙限值值量具，假假定誤差是是線性一致致的，只需需檢查一個個限值。一般地，計計數(shù)型量具具研究包括括獲得多個個被選零件件的基準(zhǔn)值值。這些零零件經(jīng)過多次次(m)評價，連同同接受總次次數(shù)(a)，逐個零件件地記錄，，從這些結(jié)果就能能做估計重重復(fù)性和偏偏倚。50分析步驟?選取零件；；最根本的的是已知研研究中所用用零件的基基準(zhǔn)值。應(yīng)應(yīng)盡可能按實實際情況等等間隔選取取八個零件件，其最大大和最小值值應(yīng)代表該過過程范圍；；?八個零件必必須用量具具測量m=20，并記錄接接受的次數(shù)數(shù)(a)；?對于整個研研究，最小小的零件必必須a=0，最大的零零件a=20，記錄接受的的次數(shù)(a)。其余1<a<19；?如果不滿足足這些準(zhǔn)則則，必須用用量具測量量更多的已已知其基準(zhǔn)準(zhǔn)值的零件(X)；?如果不滿足足上述零件件這些點可可選在量具具研究已測測量的零件件測量中間點點；?一直重復(fù)以以上直到滿滿足上述要要求。51??a?0.5'?a?m??a??''計算Kappa值?a+0.5a??m,ifm<0.5,a≠0?pa?,if>0.5,a≠0??m?0.5,if=0.5?m?a=0setpa=0.025a=20setpa=0.97552計算偏倚倚Bias=XT(atP