MSA測量系統(tǒng)分析及運用管理

MSA測量系統(tǒng)分析測量系統(tǒng)分析MeasurementSystemsAnalysis誤差及能力分析戈運衛(wèi)Sensa.Agnt1目錄1.準備知識

1.1量具、測量和測量系統(tǒng)1.3測量系統(tǒng)所應具有之統(tǒng)計特性1.2影響測量結果的因素1.4測量系統(tǒng)的評定2.誤差的組成—過程變差的剖析3.誤差的“五性”—準確性/穩(wěn)定性/線性/重復性/再現(xiàn)性4.MSA分析時機5.如何計算GR&R?6.通過實例理解GR&R(課堂計算練習）7.GR&R在測量系統(tǒng)分析中的作用8.計數(shù)型/定性數(shù)據(jù)GR&R9.提問和討論12/20/201021準備知識1.1量具、測量和測量系統(tǒng)、測量標準v量具:任何用來獲得測量結果的裝置，包括用來測量合格/不合格的裝置。v測量：對產(chǎn)品或過程特性賦值的過程。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)是與測量結果有關的儀器、設備、軟件、程序、操作人員、環(huán)境的集合。變差的描述劃分：變差位置和變差分布12/20/201031準備知識1.1量具、測量和測量系統(tǒng)、測量標準（續(xù)）V測量標準包括用于比較的可接受的基準；用于接受的準則；已知的數(shù)據(jù)，在表明的不確定界限內(nèi)作為真值被接受；基準值；12/20/20104測量數(shù)據(jù)準確:數(shù)據(jù)的中心與標準值相近.好的測量數(shù)據(jù):零變差零偏倚零錯誤分類率精確:數(shù)據(jù)的變差小,集中于某點附近.12/20/201051.2影響測量結果的因素S、W、I、P、E):12/20/201061.3測量系統(tǒng)所應具有之統(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測量系統(tǒng)的變差應小于公差帶。滿足分辨率要求理想的測量系統(tǒng)：零方差、零偏倚和錯誤分類零概率；用多次測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性來確定MS的質量12/20/201071.3.1MSA測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性統(tǒng)計特性定義分辨率（力）(Resolution）最少的讀數(shù)單位，是設計輸出的固有特性，是測量儀器輸出的最刻度單位偏倚(Bias)真值（基準值）與觀測的測量值均值之差值，是系統(tǒng)誤差之一穩(wěn)定性(Stability）又叫漂移，是偏倚隨時間的變化，在某種持續(xù)時間內(nèi)測量同一基準或零件單一特性結果的變差線性（Linearity）量具預期工作范圍內(nèi)偏倚的變差，是系統(tǒng)誤差的一個分量12/20/201081.3.1MSA測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性(續(xù)）統(tǒng)計特性定義重復性(Repeatability)同一評價人用同一量具多次測量同一零件的同一特性所獲得的變差，是設備本身固有的變差或性能再現(xiàn)性(Reproducibility)由不同評價人，采用相同的量具，測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差，一般由評價人，環(huán)境或方法的誤差引起的GR&R由重復性和再現(xiàn)性合成，用以評估測量系統(tǒng)能力的變差

12/20/201091.4測量系統(tǒng)的評定評價測量系統(tǒng)的三個基本問題＊是否有足夠的分辨力？＊是否統(tǒng)計穩(wěn)定？＊統(tǒng)計特性用于過程控制和分析是否可接受？12/20/201010分辨率要求:考慮一個產(chǎn)品，其規(guī)格為10±0.5mm，而產(chǎn)品測量使用直尺，其刻度值為1mm，這樣的測量系統(tǒng)有問題嗎?12/20/201011什么樣的分辨率是可以接受的?分辨率:測量系統(tǒng)檢測并如實指示被測特性的微小變化的能力。被測特性根據(jù)測量值分為不同的數(shù)據(jù)組，同一數(shù)據(jù)組內(nèi)的零件之被測特性具有同樣的數(shù)值。典型的,此能力的度量是看儀器的最小刻度值通用準則是一個量具的分辨率是所測特性公差/過程變差的十分之一分辨目錄數(shù)(ndc):測量特性將根據(jù)測量的值而分成不同的目錄組,在一組內(nèi)的產(chǎn)品具有一樣的值.分辨率不足對控制圖的影響。（具體見下圖）12/20/2010120.1360.1400.144平均(x)0.14555(UCL)控制上線0.13571(LCL)控制下線0.01810(UCL)控制上線00.0100.020最小測量單位為0.001英寸數(shù)據(jù)控制圖0.1360.1400.144平均(x)0.14555(UCL)控制上線0.13571(LCL)控制下線0.01810(UCL)控制上線00.0100.020最小測量單位為0.01英寸數(shù)據(jù)控制圖ab極差極差12/20/2010131.4測量系統(tǒng)的評定測量系統(tǒng)的評定通常分為兩個階段：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。第二階段：評定目的是在驗證一個測量系統(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“量具R&R分析”就是其中的一種型式。12/20/2010141.4測量系統(tǒng)的評定＊數(shù)據(jù)的類型？－數(shù)據(jù)的類型：計量型數(shù)據(jù)；計數(shù)型數(shù)據(jù)＊如何評定數(shù)據(jù)質量？－測量結果與“真”值的差越小越好。－數(shù)據(jù)質量是用多次測量的統(tǒng)計結果進行評定。＊計量型數(shù)據(jù)的質量：－均值與真值（基準值）之差。－方差大小。＊計數(shù)型數(shù)據(jù)的質量－對產(chǎn)品特性產(chǎn)生錯誤分級的概率12/20/201015追溯性：通過應用連接標準等級體系的適當標準程序，使單個測量結果與國家標準或國家接受的測量系統(tǒng)相聯(lián)系。標準的傳遞國家標準國際標準地方標準公司標準測量結果國家實驗室國際實驗室國家認可的校準機構企業(yè)的校準實驗室測量結果國家認可的校準機構12/20/2010162.誤差的組成—過程變差剖析過程變差觀測值實際過程變差測量誤差重復性短期過程變差抽樣產(chǎn)生的變差量具變差操作員造成的變差長期過程變差準確度穩(wěn)定性線性再現(xiàn)性“重復性”和“再現(xiàn)性”是測量誤差的主要來源12/20/2010173.誤差的“五性”3.1重復性變差Repeatability傳統(tǒng)上稱為“評價人內(nèi)部”的變異。重復性是用同一個評價人使用同一測量儀器對同一零件上的同一特性進行多次測量所得到的測量變差，用于估計短期的變差。重復性變差是設備本身固有變差或能力。通常被稱為設備變差(equipmentvariation,EV)12/20/201018造成重復性的可能原因?零件內(nèi)部（抽樣樣本）：形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的一致性?儀器內(nèi)部：維修、磨損、設備或夾具的失效、質量或保養(yǎng)不好。?標準內(nèi)部：質量、等級、磨損。?方法內(nèi)部：作業(yè)準備、技巧、歸零、固定、夾持。12/20/201019造成重復性的可能原因.?評價人內(nèi)部：技巧、位置、經(jīng)驗、操作技能或培訓、意識、疲勞?環(huán)境內(nèi)部：對溫度、濕度、振動、清潔的小幅度波動。?缺乏穩(wěn)健的儀器設計或方法，一致性不好。12/20/2010203.誤差的“五性”3.2再現(xiàn)性Reproducibility傳統(tǒng)上將再現(xiàn)性稱為“評價人之間”的變差。通常將再現(xiàn)性定義為用不同評價人使用相同的測量儀器對同一產(chǎn)品上的同一種特性進行測量所得平均值的變差。通常被稱為A.V—評價人變差（AppraiserVariation)測量系統(tǒng)中操作員產(chǎn)生的變異差。12/20/201021n量具重復性和再現(xiàn)性GageR&R(repeatabilityandreproducibility)Reproducibility（再現(xiàn)性）再現(xiàn)性人員C人員BRepeatability（重復性）：重複性12/20/201022造成再現(xiàn)性的可能原因零件之間（抽樣樣本）：使用相同的儀器、操作者和方法，測量A、B、C零件類型時的平均差異。儀器之間：在相同零件、操作者和環(huán)境下使用A、B、C儀器測量平均值差異。標準之間：在測量過程中，不同的設定標準的平均影響。方法之間：改變測量點密度、手動或自動系統(tǒng)、歸零、固定或夾緊方法等所造成的平均值差異。12/20/201023造成再現(xiàn)性的可能原因.評價人（操作者）之間：評價人A、B、C之間由于培訓、技巧、技能和經(jīng)驗所造成的平均值差異。環(huán)境之間：在經(jīng)過1、2、3等時段所進行的測量，由于環(huán)境周期所造成的測量平均值差異。缺乏穩(wěn)健的儀器設計或方法。12/20/2010243.誤差的“五性”3.3準確度Accuracy它是指一個或多個測量結果的平均值與一個參考值之間一致的接近程度。偏倚Bias通常被稱為“準確度”。偏倚是指對相同零件上同一特性的觀測平均值與真值（參考值）的差異。偏倚是系統(tǒng)誤差。12/20/201025量測系統(tǒng)變異（Bias）

Bias（偏差值）：觀察平均值與標準值之差異，參考準確度（Accuracy）=ABS(Bias)/(T/2)標準值Bias12/20/2010263.誤差的“五性”3.4穩(wěn)定性Stability隨時間變化的偏倚值。一個穩(wěn)定的測量過程在位置方面是處于統(tǒng)計受控狀態(tài)的。穩(wěn)定性的別名漂移drift。12/20/201027量測系統(tǒng)變異（Stability）Stability（穩(wěn)定性）：不同時間，量測相同產(chǎn)品之同一特性時，獲得的測量值總變差穩(wěn)定性時間1時間212/20/2010283.誤差的“五性”3.5線性Linearity在量具正常工作量程內(nèi)的偏倚變化量。多個獨立的偏倚誤差在量具工作量程內(nèi)的關系是測量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差所構成的。12/20/201029量測系統(tǒng)變異（Linearity）Linearity(線性)：同一量具之不同操作范圍（工作范圍）時，Bias（偏差值）之差異12/20/2010304.MSA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。注：PV：產(chǎn)品偏差(ProductVariation)；EV：再現(xiàn)性(EquipmentVariation)；AV：重復性(AppraiserVariation).

12/20/2010315.如何計算GR&R?MSA.xls6.通過實例理解GR&R(課堂計算練習）12/20/201032誤差接受準則—寬度誤差widthorspread12/20/201033例:游標卡尺測量一金屬零部件的長度

1.分析變差的來源。主要變差來源：a.人員讀數(shù)，手勢，方法b.卡尺本身游隙

2.選擇恰當?shù)姆椒▍⒖挤椒ǎ褐貜托院驮佻F(xiàn)性分析。（前提偏倚已在控制范圍內(nèi)。）12/20/201034計量型數(shù)據(jù)的均值-極差法均值-極差（X-R）法是確定測量系統(tǒng)的重復性和再現(xiàn)性的數(shù)學方法，步驟如下：1選擇三個測量人（A,B,C）和10個測量樣品。測量人應有代表性，代表經(jīng)常從事此項測量工作的QC人員或生產(chǎn)線人員10個樣品應在過程中隨機抽取，可代表整個過程的變差，否則會嚴重影響研究結果。2校準量具3測量，讓三個測量人對10個樣品的某項特性進行測試，每個樣品每人測量三次，將數(shù)據(jù)填入表中。試驗時遵循以下原則：盲測原則1：對10個樣品編號，每個人測完第一輪后，由其他人對這10個樣品進行隨機的重新編號后再測，避免主觀偏向。盲測原則2：三個人之間都互相不知道其他人的測量結果。4計算12/20/201035計算A測的所有樣品的總平均值XA。同樣方法計算RB,XB,RC,Xc對每個樣品由三個人所測得的9個測試值求平均值，計算這些均值的極差Rp計算A對每個樣品三次測試結果的極差，然后計算10個樣品的極差的均值RA12/20/201036測量系統(tǒng)分析R=(RA+RB+RC)/3XDIFF=Max{XA,XB,XC}-Min{XA,XB,XC}重復性--設備變差EV=RK1

再現(xiàn)性--測驗人變差AV=(XDIFF

K2)2-(EV2/nr)過程變差PV=RPK3R&R=(EV2+AV2)總變差TV=(R&R2+PV2)%EV=EV/TV%AV=AV/TV%R&R=R&R/TV%PV=PV/TVP/T=R&R/Tolerancen=樣品個數(shù)r=每個人對每個樣品的試驗次數(shù)rK1234.563.05K2233.652.70測試人數(shù)nK3789101.821.741.671.62K1=5.15/d*2*AV計算中，如根號下出現(xiàn)負值，AV取值012/20/201037卡尺的R&R研究Excel運算12/20/201038StdDevStudyVar%StudyVar%ToleranceSource(SD)(5.15*SD)(%SV)(SV/Toler)

TotalGageR&R1.85E-020.09544918.8719.09Repeatability1.42E-020.07300614.4414.60Reproducibility1.19E-020.06148612.1612.30Part-to-Part9.64E-020.49664698.2099.33TotalVariation9.82E-020.505735100.00101.15Numberofdistinctcategories=7Minitab計算GR&RXbar-R均值極差法注：使用同組數(shù)據(jù)Discrim98.218.9=sspms==**.227.312/20/2010397.GR&R在測量系統(tǒng)分析中的作用測量系統(tǒng)的變差分為位置變差和分布變差位置變差可以通過校驗加以消減觀測變差Vtal分產(chǎn)品變差VProduct和測量系統(tǒng)變差Vms“重復性”和“再現(xiàn)性”是測量誤差的主要來源，必須加以控制GR&R可以判斷測量系統(tǒng)誤差水平，幫助測量系統(tǒng)的改進。12/20/201040如果重復性比再現(xiàn)性大，原因可能是：設備需要維護、量具需要重新設計增加剛度、測量的夾緊或定位需要改進、零件內(nèi)的變差過大；如果再現(xiàn)性比重復性大，原因可能是：評價人需要更好地接受如何使用測量儀器和度數(shù)培訓、量具刻度盤校準不清晰。12/20/201041反應措施：位置誤差：再校準調零寬度誤差：重新校準量具的維護量具的改進設計夾具的調整崗位操作培訓…12/20/2010428.計數(shù)型/定性數(shù)據(jù)GR&RGo-NoGo數(shù)據(jù)模式人為因素主導，情況復雜統(tǒng)計模型多種多樣統(tǒng)計學上各家爭鳴，尚無定論實踐中采用何種形式，取決于實例與統(tǒng)計模型的接近程度12/20/2010438.計數(shù)型/定性數(shù)據(jù)GR&R對于以“是”和“不是”為計數(shù)基礎的定性數(shù)據(jù)，其GR&R考察的概念是與定量數(shù)據(jù)一樣的.但方法上完全不同;定性數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)的能力取決于操作員判斷的有效性,即將“合格”判斷成合格,將“不合格”判斷成不合格的程度12/20/2010448.計數(shù)型/定性數(shù)據(jù)GR&R計數(shù)值量具(1)：小樣法將產(chǎn)品與量具比較可否接受或拒收抽樣20個產(chǎn)品