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测量系统分析--MSA主讲:唐凤概要说明•测量系统分析的目的和意义•测量系统术语•测量系统基础知识•计量型测量系统的分析方法•计数型测量系统的分析方法测量系统分析的目的和意义测量重要性：•如果测量出现问题，那么合格的产品会被判为不合格，不合格的产品也会被判为合格，此时便不能得到真正的产品和过程特性；•因此，要保证测量的准确性和可信度。原材料人机法环测量过程测量结果不合格合格测量测量系统分析的目的和意义Y=X+ε测量值=真值+测量误差戴明说没有真值的存在一致测量系统分析的目的和意义测量系统分析的目的：•运用统计分析方法，确定测量系统的测量结果的变差（测量误差），了解变差来源；从而确定一个测量系统的质量，并且为测量系统改进提供信息。•保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。测量系统术语●基本术语测量、量具、测量系统、标准●基本的设备分辨率、基准值、真值●位置变差偏倚、稳定性、线性●宽度变差重复性、再现性、GRR或量具R&R测量系统术语基本术语：•测量：赋值(或数)给具体的事物,以表示它们之间在某一特性上的关系。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。•量具：任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置，包括用来测量合格／不合格的装置。•测量系统：是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程。。测量系统术语•测量系统的构成：所有对正确反映所测量的对象特性有影响的因素都属于测量系统一部分测量系统术语测量系统人机料法环操作人员量具/测量设备/工装被测的材料/样品/特性工作的环境操作方法、操作程序测量系统的构成：测量系统术语•测量系统：根据测量系统的定义，一个测量过程可以看成是一个制造过程，它产生数值（数据）作为输出。这样看待测量系统是有用的，因为这样可以使我们运用那些早已在统计过程控制领域证明了有效性的所有概念、原理和工具测量系统术语•标准•用于比较的可接受的基准•用于接受的准则•已知数值，在表明的不确定度界限内，作为真值被接受•基准值一个标准应该是一个可操作的定义：由供应商或顾客应用时，在昨天、今天和明天都具有同样的含义，产生同样的结果。测量系统术语●基本的设备（分辨率、基准值、真值）●分辨力、可读性、分辨率√别名：最小的读数的单位、测量分辨率、刻度限度或探测度√由设计决定的固有特性√测量或仪器输出的最小刻度单位√总是以测量单位报告√1：10经验法则（传统是公差范围的1/10，建议是总过程6σ[标准偏差]的1/10）●有效分辨率√对于一个特定的应用，测量系统对过程变差的灵敏性√产生有用的测量输出信号的最小输入值√总是以一个测量单位报告测量系统术语•测量系统的分辨力是指该测量系统识别被测特性中极小变化的能力。例如，某量具能识别长度中0.01mm的变化，但不能识别0.001mm的变化，对这种量具而言，2.341和2.342都是2.34，这时0.01mm就是该量具的分辨力。•分辨力不足的情况可以通过SPC过程变差图最好地显示出来。特别是当极差图显示可能只有一个、二个或三个极差值在控制限内，这种测量就是在分辨力不足时进行的。同样，如果极差图显示出可能四个极差值在控制限内，并且超过四分之一的极差值为零，那么，该测量是在分辨力不足时进行的。测量系统术语●基本的设备●基准值√人为规定的可接受值√需要一个可操作的定义√作为真值的替代●真值√物品的实际值√未知的和不可知的测量系统术语●基本的设备●基准值√人为规定的可接受值√需要一个可操作的定义√作为真值的替代基准值的取得可以通过采用更高级别的测量设备进行多次测量，取其平均值来确定●真值√物品的实际值√未知的和不可知的测量系统术语•基本设备•真值：测量过程的目标是零件的“真”值，希望任何单独读数都尽可能地接近这一数值（经济地）。遗憾的是真值永远也不可能知道是肯定的。然而，通过使用一个基于被很好地规定了特性操作定义的“基准”值，使用较高级别分辨率的测量系统的结果，且可溯源到NIST，可以使不确定度减小。因此，在实际操作中，采用基准值代替真值。测量系统术语（计量性测量系统）●位置变差（偏倚、稳定性、线性）●偏倚√测量的观测平均值和基准值之间的差异√测量系统的系统误差分量对同样零件的同样特性，真值(基准值)和观测到的测量平均值的差值偏倚测量系统的平均值基准值测量系统术语（计量性测量系统）●位置变差（偏倚、稳定性、线性）●稳定性√偏倚随时间变化√一个稳定的测量过程是关于位置的统计受控√别名：漂移测量系统在某一阶段时间内，测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量总变差基准值时间偏倚偏倚测量系统术语（计量性测量系统）●位置变差（偏倚、稳定性、线性）●线性√整个正常操作范围的偏倚改变√整个操作规程范围的多个并且独立的偏倚误差的相互关系√测量系统的系统误差分量偏倚偏倚观测平均值1观测平均值2基准值基准值量程观测平均值有偏倚无偏倚基准值测量系统术语（计量性测量系统）●宽度变差（重复性、再现性、GRR）●重复性√由一位评价人多次使用一种测量仪器，测量同一零件的同一特性时获得的测量变差√在固定和规定的测量条件下连续（短期）试验变差√通常指E．Ｖ．-设备变差√仪器（量具）的能力或潜能√系统内变差重复性测量系统术语（计量性测量系统）●宽度变差（重复性、再现性、GRR）●再现性√由不同的评价人使用同一个量具，测量一个零件的一个特性时产生的测量平均值的变差。√对于产品和过程条件，可能是评价人、环境（时间）或方法的误差√通常指A．Ｖ-评价人变差√系统间（条件）变差√ASTME456-96包括重复性、实验室、环境及评价人影响再现性ACB测量系统术语（计量性测量系统）●宽度变差（重复性、再现性、GRR）●GRR或量具R＆R√量具重复性和再现性；测量系统重复性和再现性合成的评估√测量系统能力；依据使用的方法，可能包括或不包括时间影响ACBGRR或量具R&R测量系统基础知识测量系统分析可分为以下两类：1.计量型测量系统分析：位置：稳定性、线性、偏倚宽度和范围：重复性和再现性2.计数型测量系统分析：主要针对通过/不通过装置测量系统基础知识测量系统变异性：•与所有过程相似，测量系统受随机和系统变差源影响。这些变差源由普通原因和特殊原因造成•由于实际的变差源影响一个特定的测量系统，它对这个系统来说是唯一的，以下PDF文档所示的因果图可作为研究测量系统变差源的一个思考的起点。1.1测量系统变异性的影响■测量零件后:1)确定零件是否可接受（在公差内）或不可接受（在公差外）。2)零件进行规定的分类■产品控制原理:测量零件进行分类活动。■过程控制原理:零件变差是由过程中的普通原因还是特殊原因造成的。控制原理驱动兴趣点产品控制零件是否在明确的目录之内？过程控制过程是否稳定和可接受？LSLUSL2.对产品决策的影响■I型错误:生产者风险误发警报好零件有时会被判为“坏”的■II型错误:消费者风险或漏发警报坏零件有时会被判为“好”的LSLUSLI型错误:II型错误BadisbadLSLUSLIIIIIIIIIBadisbadGoodisgoodConfusedareaConfusedarea2.对产品决策的影响■错误决定的潜在因素:测量系统误差与公差交叉时■产品状况判定:目标是最大限度地做出正确决定有二种选择：▲改进生产区域：减少过程变差，没有零件产生在II区。▲改进测量系统：减少测量系统误差从而减小II区域的面积，■这样就可以最小限度地降低做出错误决定的风险。测量系统基础知识计量型测量系统可用下列方式来描述：•位置：稳定性、线性、偏倚•宽度和范围：重复性和再现性测量系统基础知识测量系统分析基础知识•以下介绍一些使用简单、并且在制造环境中易于应用的详细例子，主要目的是用于了解测量系统并量化。•当满足以下要求，可采用本次介绍的例子：√只研究两个因素，或者称为测量条件（如评价人和零件）加上所研究的测量系统重复性。√每个零件内部变差的影响可以忽略√不存在统计上的评价人和零件之间的交互作用√在研究中零件的尺寸不发生变化•MSA的时机a.检验员发生变更；b.新购量具或经维修过的量具投入使用前；c.顾客有要求时；d.测量系统分析周期即将到期。间隔频次：测量系统分析(MSA)的最大时间隔不得超过2年测量系统分析基础知识计量型MSA---稳定性1.样品准备取一样本并建立相对于可溯源标准的基准值。如果该样品不可获得，选择一个落在产品测量中程数的生产零件，指定其为稳定性分析的标准样本。对于追踪测量系统稳定性，不需要一个已知基准值。具备预期测量的最低值，最高值和中程数的标准样本是较理想的。建议对每个标准样本分别做测量与控制图。2.样品测量定期（每天、每周）测量标准样本3~5次，样本容量和频率应该基于对测量系统的了解。因素可以包括重新校准的频次、要求的修理，测量系统的使用频率，作业条件的好坏。应在不同的时间读数以代表测量系统的实际使用情况，以便说明在一天中预热、周围环境和其他因素发生的变化。计量型MSA---稳定性3.作图将数据按时间顺序画在X&R或X&S控制图上结果分析-作图法4.数据分析建立控制限并用标准化控制图分析评价失控或不稳定状态。结果分析-数据法除了正态控制图分析法，对稳定性没有特别的数据5.举例：6.说明：如果测量过程的稳定的，数据可以用于确定测量系统的偏倚。计量型MSA---稳定性•测量系统的分辨力是指该测量系统识别被测特性中极小变化的能力。例如，某量具能识别长度中0.01mm的变化，但不能识别0.001mm的变化，对这种量具而言，2.341和2.342都是2.34，这时0.01mm就是该量具的分辨力。•分辨力不足的情况可以通过SPC过程变差图最好地显示出来。特别是当极差图显示可能只有一个、二个或三个极差值在控制限内，这种测量就是在分辨力不足时进行的。同样，如果极差图显示出可能四个极差值在控制限内，并且超过四分之一的极差值为零，那么，该测量是在分辨力不足时进行的。R图反映的分辨力足与不足计量型MSA---稳定性不稳定性的原因：•校准频度不够或太过频繁•缺乏气压调节或过滤•电子或其它量具的预热期•缺少维护，例如腐蚀，锈蚀等•不易观察的磨损和损坏•氧化(生锈)•基准出现误差•正常老化退化•应用－零件尺寸，位置，作业人技能，疲劳，观测错误等计量型MSA---偏倚分析1.样品准备获取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。如果得不到，选择一个落在生产测量的中程数据的生产零件，指定其为偏倚分析的标准样本。在工具室测量这个零件n≥10次，并计算这n个读数的均值。把均值作为“基准值”。可能需要具备预期测量值的最低值、最高值及中程数的标准样本是理想的。完成此步后，用线性研究分析数据。2.样本测量让一个评价人，以通常方法测量样本10次以上，结果分析-作图法3.作直方图相对于基准值将数据画出直方图。评审直方图，用专业知识确定是否存在特殊原因或出现异常。如果没有，继续分析，对于n30时的解释或分析，应当特别谨慎。结果分析-数据法4.均值计算计算n个读数的均值。nXiXni1计量型MSA---偏倚分析5.计算可重复性标准偏差（参考量具研究，极差法，如下）：这里d*2可以从附录C中查到,g=1,m=n6.确定偏倚的t统计量：偏倚=观测测量平均值－基准值7.偏倚判定如果0落在围绕偏倚值1-a置信区间以内，偏倚在a水平是可接受的。所取的a水平依赖于敏感度水平，而敏感度水平被用来评价/控制该（生产）过程的并且与产品/（生产）过程的损失函数（敏感度曲线）有关。如果a水平不是用默认.05（95%置信度）则必须得到顾客的同意。*2dmin(Xi)max(Xi)重复性nrbbt偏倚)](t[0)](t[-2-1v,b2-1v,b偏倚偏倚计量型MSA---偏倚分析•举例-偏倚•一个制造工程师在评价一个用来监视生产过程的新的测量系统。测量装置分析表明没有线性问题，所以工程师只评价了测量系统偏倚。在已记录过程变差基础上从测量系统操作范围内选择一个零件。这个零