MSA測(cè)量系統(tǒng)分析及運(yùn)用管理

MSA測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析MeasurementSystemsAnalysis誤差及能力分析戈運(yùn)衛(wèi)Sensa.Agnt1目錄1.準(zhǔn)備知識(shí)

1.1量具、測(cè)量和測(cè)量系統(tǒng)1.3測(cè)量系統(tǒng)所應(yīng)具有之統(tǒng)計(jì)特性1.2影響測(cè)量結(jié)果的因素1.4測(cè)量系統(tǒng)的評(píng)定2.誤差的組成—過(guò)程變差的剖析3.誤差的“五性”—準(zhǔn)確性/穩(wěn)定性/線性/重復(fù)性/再現(xiàn)性4.MSA分析時(shí)機(jī)5.如何計(jì)算GR&R?6.通過(guò)實(shí)例理解GR&R(課堂計(jì)算練習(xí)）7.GR&R在測(cè)量系統(tǒng)分析中的作用8.計(jì)數(shù)型/定性數(shù)據(jù)GR&R9.提問(wèn)和討論12/20/201021準(zhǔn)備知識(shí)1.1量具、測(cè)量和測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)v量具:任何用來(lái)獲得測(cè)量結(jié)果的裝置，包括用來(lái)測(cè)量合格/不合格的裝置。v測(cè)量：對(duì)產(chǎn)品或過(guò)程特性賦值的過(guò)程。測(cè)量系統(tǒng)：用來(lái)獲得表示產(chǎn)品或過(guò)程特性的數(shù)值的系統(tǒng)，稱之為測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)量系統(tǒng)是與測(cè)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。變差的描述劃分：變差位置和變差分布12/20/201031準(zhǔn)備知識(shí)1.1量具、測(cè)量和測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）V測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)包括用于比較的可接受的基準(zhǔn)；用于接受的準(zhǔn)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(zhǔn)值；12/20/20104測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確:數(shù)據(jù)的中心與標(biāo)準(zhǔn)值相近.好的測(cè)量數(shù)據(jù):零變差零偏倚零錯(cuò)誤分類率精確:數(shù)據(jù)的變差小,集中于某點(diǎn)附近.12/20/201051.2影響測(cè)量結(jié)果的因素S、W、I、P、E):12/20/201061.3測(cè)量系統(tǒng)所應(yīng)具有之統(tǒng)計(jì)特性V測(cè)量系統(tǒng)必須處于統(tǒng)計(jì)控制中，這意味著測(cè)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(jì)穩(wěn)定性。v測(cè)量系統(tǒng)的變差必須比制造過(guò)程的變差小。v測(cè)量系統(tǒng)的變差應(yīng)小于公差帶。滿足分辨率要求理想的測(cè)量系統(tǒng)：零方差、零偏倚和錯(cuò)誤分類零概率；用多次測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)確定MS的質(zhì)量12/20/201071.3.1MSA測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性統(tǒng)計(jì)特性定義分辨率（力）(Resolution）最少的讀數(shù)單位，是設(shè)計(jì)輸出的固有特性，是測(cè)量?jī)x器輸出的最刻度單位偏倚(Bias)真值（基準(zhǔn)值）與觀測(cè)的測(cè)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(shí)間的變化，在某種持續(xù)時(shí)間內(nèi)測(cè)量同一基準(zhǔn)或零件單一特性結(jié)果的變差線性（Linearity）量具預(yù)期工作范圍內(nèi)偏倚的變差，是系統(tǒng)誤差的一個(gè)分量12/20/201081.3.1MSA測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性(續(xù)）統(tǒng)計(jì)特性定義重復(fù)性(Repeatability)同一評(píng)價(jià)人用同一量具多次測(cè)量同一零件的同一特性所獲得的變差，是設(shè)備本身固有的變差或性能再現(xiàn)性(Reproducibility)由不同評(píng)價(jià)人，采用相同的量具，測(cè)量同一零件的同一特性時(shí)測(cè)量平均值的變差，一般由評(píng)價(jià)人，環(huán)境或方法的誤差引起的GR&R由重復(fù)性和再現(xiàn)性合成，用以評(píng)估測(cè)量系統(tǒng)能力的變差

12/20/201091.4測(cè)量系統(tǒng)的評(píng)定評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)的三個(gè)基本問(wèn)題＊是否有足夠的分辨力？＊是否統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定？＊統(tǒng)計(jì)特性用于過(guò)程控制和分析是否可接受？12/20/201010分辨率要求:考慮一個(gè)產(chǎn)品，其規(guī)格為10±0.5mm，而產(chǎn)品測(cè)量使用直尺，其刻度值為1mm，這樣的測(cè)量系統(tǒng)有問(wèn)題嗎?12/20/201011什么樣的分辨率是可以接受的?分辨率:測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)并如實(shí)指示被測(cè)特性的微小變化的能力。被測(cè)特性根據(jù)測(cè)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(cè)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(zhǔn)則是一個(gè)量具的分辨率是所測(cè)特性公差/過(guò)程變差的十分之一分辨目錄數(shù)(ndc):測(cè)量特性將根據(jù)測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)的評(píng)定測(cè)量系統(tǒng)的評(píng)定通常分為兩個(gè)階段：第一階段：明白該測(cè)量過(guò)程并確定該測(cè)量系統(tǒng)是否滿足我們的需要。第一階段試驗(yàn)主要有二個(gè)目的：v確定該測(cè)量系統(tǒng)是否具有所需要的統(tǒng)計(jì)特性，此項(xiàng)必須在使用前進(jìn)行。v發(fā)現(xiàn)哪種環(huán)境因素對(duì)測(cè)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(píng)定目的是在驗(yàn)證一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)一旦被認(rèn)為是可行的，應(yīng)持續(xù)具有恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)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(cè)量系統(tǒng)的評(píng)定＊數(shù)據(jù)的類型？－數(shù)據(jù)的類型：計(jì)量型數(shù)據(jù)；計(jì)數(shù)型數(shù)據(jù)＊如何評(píng)定數(shù)據(jù)質(zhì)量？－測(cè)量結(jié)果與“真”值的差越小越好。－數(shù)據(jù)質(zhì)量是用多次測(cè)量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)定。＊計(jì)量型數(shù)據(jù)的質(zhì)量：－均值與真值（基準(zhǔn)值）之差。－方差大小。＊計(jì)數(shù)型數(shù)據(jù)的質(zhì)量－對(duì)產(chǎn)品特性產(chǎn)生錯(cuò)誤分級(jí)的概率12/20/201015追溯性：通過(guò)應(yīng)用連接標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)體系的適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)程序，使單個(gè)測(cè)量結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家接受的測(cè)量系統(tǒng)相聯(lián)系。標(biāo)準(zhǔn)的傳遞國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)地方標(biāo)準(zhǔn)公司標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果國(guó)家實(shí)驗(yàn)室國(guó)際實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可的校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)企業(yè)的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果國(guó)家認(rèn)可的校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)12/20/2010162.誤差的組成—過(guò)程變差剖析過(guò)程變差觀測(cè)值實(shí)際過(guò)程變差測(cè)量誤差重復(fù)性短期過(guò)程變差抽樣產(chǎn)生的變差量具變差操作員造成的變差長(zhǎng)期過(guò)程變差準(zhǔn)確度穩(wěn)定性線性再現(xiàn)性“重復(fù)性”和“再現(xiàn)性”是測(cè)量誤差的主要來(lái)源12/20/2010173.誤差的“五性”3.1重復(fù)性變差Repeatability傳統(tǒng)上稱為“評(píng)價(jià)人內(nèi)部”的變異。重復(fù)性是用同一個(gè)評(píng)價(jià)人使用同一測(cè)量?jī)x器對(duì)同一零件上的同一特性進(jìn)行多次測(cè)量所得到的測(cè)量變差，用于估計(jì)短期的變差。重復(fù)性變差是設(shè)備本身固有變差或能力。通常被稱為設(shè)備變差(equipmentvariation,EV)12/20/201018造成重復(fù)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(shè)備或夾具的失效、質(zhì)量或保養(yǎng)不好。?標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部：質(zhì)量、等級(jí)、磨損。?方法內(nèi)部：作業(yè)準(zhǔn)備、技巧、歸零、固定、夾持。12/20/201019造成重復(fù)性的可能原因.?評(píng)價(jià)人內(nèi)部：技巧、位置、經(jīng)驗(yàn)、操作技能或培訓(xùn)、意識(shí)、疲勞?環(huán)境內(nèi)部：對(duì)溫度、濕度、振動(dòng)、清潔的小幅度波動(dòng)。?缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)人之間”的變差。通常將再現(xiàn)性定義為用不同評(píng)價(jià)人使用相同的測(cè)量?jī)x器對(duì)同一產(chǎn)品上的同一種特性進(jìn)行測(cè)量所得平均值的變差。通常被稱為A.V—評(píng)價(jià)人變差（AppraiserVariation)測(cè)量系統(tǒng)中操作員產(chǎn)生的變異差。12/20/201021n量具重復(fù)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(fù)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(cè)量A、B、C零件類型時(shí)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(cè)量平均值差異。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：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。12/20/201023造成再現(xiàn)性的可能原因.評(píng)價(jià)人（操作者）之間：評(píng)價(jià)人A、B、C之間由于培訓(xùn)、技巧、技能和經(jīng)驗(yàn)所造成的平均值差異。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，由于環(huán)境周期所造成的測(cè)量平均值差異。缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)計(jì)或方法。12/20/2010243.誤差的“五性”3.3準(zhǔn)確度Accuracy它是指一個(gè)或多個(gè)測(cè)量結(jié)果的平均值與一個(gè)參考值之間一致的接近程度。偏倚Bias通常被稱為“準(zhǔn)確度”。偏倚是指對(duì)相同零件上同一特性的觀測(cè)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(cè)系統(tǒng)變異（Bias）

Bias（偏差值）：觀察平均值與標(biāo)準(zhǔn)值之差異，參考準(zhǔn)確度（Accuracy）=ABS(Bias)/(T/2)標(biāo)準(zhǔn)值Bias12/20/2010263.誤差的“五性”3.4穩(wěn)定性Stability隨時(shí)間變化的偏倚值。一個(gè)穩(wěn)定的測(cè)量過(guò)程在位置方面是處于統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)的。穩(wěn)定性的別名漂移drift。12/20/201027量測(cè)系統(tǒng)變異（Stability）Stability（穩(wěn)定性）：不同時(shí)間，量測(cè)相同產(chǎn)品之同一特性時(shí)，獲得的測(cè)量值總變差穩(wěn)定性時(shí)間1時(shí)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(gè)獨(dú)立的偏倚誤差在量具工作量程內(nèi)的關(guān)系是測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差所構(gòu)成的。12/20/201029量測(cè)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(shí)，Bias（偏差值）之差異12/20/2010304.MSA分析時(shí)機(jī)v新生產(chǎn)之產(chǎn)品PV有不同時(shí)v新儀器，EV有不同時(shí)v新操作人員，AV有不同時(shí)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(fù)性(AppraiserVariation).

12/20/2010315.如何計(jì)算GR&R?MSA.xls6.通過(guò)實(shí)例理解GR&R(課堂計(jì)算練習(xí)）12/20/201032誤差接受準(zhǔn)則—寬度誤差widthorspread12/20/201033例:游標(biāo)卡尺測(cè)量一金屬零部件的長(zhǎng)度

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

2.選擇恰當(dāng)?shù)姆椒▍⒖挤椒ǎ褐貜?fù)性和再現(xiàn)性分析。（前提偏倚已在控制范圍內(nèi)。）12/20/201034計(jì)量型數(shù)據(jù)的均值-極差法均值-極差（X-R）法是確定測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性的數(shù)學(xué)方法，步驟如下：1選擇三個(gè)測(cè)量人（A,B,C）和10個(gè)測(cè)量樣品。測(cè)量人應(yīng)有代表性，代表經(jīng)常從事此項(xiàng)測(cè)量工作的QC人員或生產(chǎn)線人員10個(gè)樣品應(yīng)在過(guò)程中隨機(jī)抽取，可代表整個(gè)過(guò)程的變差，否則會(huì)嚴(yán)重影響研究結(jié)果。2校準(zhǔn)量具3測(cè)量，讓三個(gè)測(cè)量人對(duì)10個(gè)樣品的某項(xiàng)特性進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)樣品每人測(cè)量三次，將數(shù)據(jù)填入表中。試驗(yàn)時(shí)遵循以下原則：盲測(cè)原則1：對(duì)10個(gè)樣品編號(hào)，每個(gè)人測(cè)完第一輪后，由其他人對(duì)這10個(gè)樣品進(jìn)行隨機(jī)的重新編號(hào)后再測(cè)，避免主觀偏向。盲測(cè)原則2：三個(gè)人之間都互相不知道其他人的測(cè)量結(jié)果。4計(jì)算12/20/201035計(jì)算A測(cè)的所有樣品的總平均值XA。同樣方法計(jì)算RB,XB,RC,Xc對(duì)每個(gè)樣品由三個(gè)人所測(cè)得的9個(gè)測(cè)試值求平均值，計(jì)算這些均值的極差Rp計(jì)算A對(duì)每個(gè)樣品三次測(cè)試結(jié)果的極差，然后計(jì)算10個(gè)樣品的極差的均值RA12/20/201036測(cè)量系統(tǒng)分析R=(RA+RB+RC)/3XDIFF=Max{XA,XB,XC}-Min{XA,XB,XC}重復(fù)性--設(shè)備變差EV=RK1

再現(xiàn)性--測(cè)驗(yàn)人變差A(yù)V=(XDIFF

K2)2-(EV2/nr)過(guò)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(gè)數(shù)r=每個(gè)人對(duì)每個(gè)樣品的試驗(yàn)次數(shù)rK1234.563.05K2233.652.70測(cè)試人數(shù)nK3789101.821.741.671.62K1=5.15/d*2*AV計(jì)算中，如根號(hào)下出現(xiàn)負(fù)值，AV取值012/20/201037卡尺的R&R研究Excel運(yùn)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(jì)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(cè)量系統(tǒng)分析中的作用測(cè)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(guò)校驗(yàn)加以消減觀測(cè)變差Vtal分產(chǎn)品變差VProduct和測(cè)量系統(tǒng)變差Vms“重復(fù)性”和“再現(xiàn)性”是測(cè)量誤差的主要來(lái)源，必須加以控制GR&R可以判斷測(cè)量系統(tǒng)誤差水平，幫助測(cè)量系統(tǒng)的改進(jìn)。12/20/201040如果重復(fù)性比再現(xiàn)性大，原因可能是：設(shè)備需要維護(hù)、量具需要重新設(shè)計(jì)增加剛度、測(cè)量的夾緊或定位需要改進(jìn)、零件內(nèi)的變差過(guò)大；如果再現(xiàn)性比重復(fù)性大，原因可能是：評(píng)價(jià)人需要更好地接受如何使用測(cè)量?jī)x器和度數(shù)培訓(xùn)、量具刻度盤校準(zhǔn)不清晰。12/20/201041反應(yīng)措施：位置誤差：再校準(zhǔn)調(diào)零寬度誤差：重新校準(zhǔn)量具的維護(hù)量具的改進(jìn)設(shè)計(jì)夾具的調(diào)整崗位操作培訓(xùn)…12/20/2010428.計(jì)數(shù)型/定性數(shù)據(jù)GR&RGo-NoGo數(shù)據(jù)模式人為因素主導(dǎo)，情況復(fù)雜統(tǒng)計(jì)模型多種多樣統(tǒng)計(jì)學(xué)上各家爭(zhēng)鳴，尚無(wú)定論實(shí)踐中采用何種形式，取決于實(shí)例與統(tǒng)計(jì)模型的接近程度12/20/2010438.計(jì)數(shù)型/定性數(shù)據(jù)GR&R對(duì)于以“是”和“不是”為計(jì)數(shù)基礎(chǔ)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(cè)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(jì)數(shù)型/定性數(shù)據(jù)GR&R計(jì)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(gè)產(chǎn)品