01-MSA-概念分析

MSA测量系统分析（概念部分）龚浩WhyDoMSA?了解测量过程，确定在测量过程中的误差总量，及评估用于生产和过程控制中的测量系统的充分性。MSA促进了解和改进、减少测量变差。为SPC的顺利进行提供基础TS16949的要求7.6.1测量系统分析统计研究必须对每一种测量和试验系统出现的结果变化进行分析。本要求必须运用了控制计划中的测量系统。使用的分析方法和接受标准必须与客户推行的测量系统分析参考手册相一致。当客户批准时，也可采纳其他的分析方法和接受准则。测量数据的用途判断过程是否受控或产品是否合格统计量：完全由样本确定的量（不应该与总体分布有关），从数学观点来看，统计量是样本的函数。利用统计量，通过假设检验来判断过程是否受控。确定两个变量或更多变量之间是否存在重要关系回归分析的统计方法来研究测量的重要性如果测量系统出错，那么好的结果可能被测为坏的结果，坏的结果也可能被测为好的结果，此时便不能得到真正的产品或过程特性。PROCESS原料人機法環測量产品goodbad测量数据的质量偏倚（准确度）：指数据相对基准值的位置方差（精度）：指数据的分布术语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；真值物品的真实值不可知的通常用基准值来替代基准值被承认的一个被测体的数值，作为一致同意的用于进行比较的基准或标准样本。一个基于科学原理的理论值或确定值。一个基于某国家或国际组织的指定值。一个基于科学或工程组织主持的合作试验工作产生的一致同意值。对于具体用途，采用接受的参考方法获得一个同意值。该值包含特定数量的定义，并为其它已知目的自然被接受，有时是按惯例被接受。分辨力(别名)又称最小可读单位，分辨力是测量分辨率、刻度限值或测量装置和标准的最小可探测单位。它是量具设计的一个固有特性，并作为测量或分级的单位被报告。数据分级数通常称为”分辨力比率”，因为它描述了给定的观察过程变差能可靠地划分为多少级。可视分辨率测量仪器最小增量的大小叫可视分辨率。该数值通常以文字形式(如广告中)来划分测量仪器的分级。数据的分级可通过把该增量的大小划分为预其的过程分布范围(6σ)来确定。注：显示或报告的位数不一定表示仪器的分办率。例：零件的测量值为29.075,29.080,29.095等，记录为5位数。然而，该仪器的分辨率为0.005而不是0.001。有效分辨率考虑整个测量系统变差时的数据分级大小叫有效分辨率。基于测量系统变差的置信区间长度来确定该等级的大小。通过把该数据大小划分为预期的过程分布范围能确定数据分级数ndc。对于有效分辨率，该ndc的标准(在97%置信水平)估计为1.41(PV/GRR)。溯源性在商品和服务贸易中溯源性是一个重要概念，溯源到相同或相近的标准的测量比那些没有溯源性的测量更容易被认同。这为减少重新试验、拒收好的产品、接收坏的产品提供了帮助。溯源性在ISO计量学基本和通用国际术语(VIM)中的定义是”测量的特性或标准值，此标准是规定的基准，通常是国家或国际标准，通过全部规定了不确度的不间断的比较链相联系。溯源性示例國家標准引用標准工作標准生產量具夹量具千分尺CMM量块激光干涉仪引用量具量块／比测波长标准干涉比测器理想的测量系统只产生准确的测量结果，即与基准值一致。测量系统具有零方差、零偏倚和对所测任何产品错误分类为零概率的统计特性。这样的测量系统几乎不存在好的测量系统－1足够的分辨率和灵敏度。为了测量的目的，相对于过程变差或规范控制限，测量的增量应该很小。通常仪器的分辨率应把公差(过程变差)分为十份或更多。测量系统应该是统计受控制的。这意味着在可重复条件下，测量系统的变差只能是由于普通原因而不是特殊原因造成。好的测量系统－2对产品控制，测量系统的变异性与公差相比必须小。依据特性的公差评价测量系统。对于过程控制，测量系统的变异性应该显示有效的分辨率并与过程变差相比要小。根据6σ变差和／或来自MSA研究的总变差评价测量系统。变差源与所有过程相似，测量系统的变差源由普通原因和特殊原因造成，为了控制测量系统变差识别潜在的变差源排除(可能时)或监控这些变差源。一些典型的变差源是可以识别的。有多种不同的方法可以对这些变差源表述和分类，如因果图等，但MSA将关注在测量系统的主要要素。测量系统误差的来源－1人/程序仪器工件标准环境测量系统变异性标准工件仪器环境人员质变清洁变形经验态度培训溯源性湿度温度照明设计制造维护测量系统误差的来源－2人机料法环测量系统变异性的影响对于产品决策的影响对于过程决策的影响产品决策零件是否在明确的规格之内过程决策过程是否稳定和可接受对产品决策的影响－1TypeI错误：将好的判成坏的LSLUSL对产品决策的影响－2TypeII错误：将坏的判成好的LSLUSL对产品决策的影响－3对零件做出错误决定的潜在因素只在测量系统误差与公差交叉时存在。LSLUSLIIIIIIIIIBadisbadBadisbadGoodisgoodConfusedareaConfusedarea对产品决策的影响－4对于产品状况，若想最大限度做出正确的判断改进生产过程:减少过程变差，从而减少出现在II区域的零件数改进测量系统:减少测量系统误差，从而减少II区域的面积对过程决策的影响把普通原因报告成特殊原因把特殊原因报告为普通原因实际与观测过程变差之间的关系是：过程能力指数的计算：222obsactualmsamin,33obsobsLSLUSLCpk6obsUSLLSLCp测量的策划过程责任者决定关键特性产品工程师决定所需要的分辨率产品工程师考虑整个测量系统的特性跨功能小组决定那些是可以使用的设备度量衡小组决定哪些需要测量顾客的声音你必须转换成技术特征或规格。关键的或重要的技术特征失效模式分析控制计划因为在条文要求中，只要是列在控制计划中的就必须进行测量测量系统的评价在评价测量系统时必须考虑三个问题：测量系统必须显示足够的灵敏度仪器具有足够分辨力测量系统具有有效分辨率测量系统必须是稳定的测量系统变差只归因于普通原因统计特性（误差）在预期的范围内一致标准参考标准（国家级）最高计量质量标准校准标准在定期校准中作为基准的标准工作标准在实验室中进行定期测量的标准分辨力的要求测量仪器分辨力至少是被测范围的十分之一测量系统的分辨力建议的要求是总过程6σ(标准偏差)的十分之一5个或更多个数据分级推荐使用分辨率不足可以通过SPC过程变差极差图显示出来极差图显示只有一个、二个或三个极差值在控制限内时有四个值在控制限内，但超过四分之一的极差值为零测量系统变差的类型位置变差（准确度）偏倚稳定性线性宽度变差（精密度）重复性再现性位置宽度位置宽度基准值基准值偏倚偏倚偏倚基准值观测平均值偏倚偏倚：是测量结果的观测平均值与基准值的差值。真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，取其平均值而定之。造成偏倚的可能原因仪器需要校准仪器、设备等的磨损基准出现误差校准不当仪器质量差线性误差（量具或零件）变形环境影响操作者观察错误应用错误的量具零件测量位置错误测量错误的特性稳定性（别名：漂移）稳定性时间1时间2稳定性(或飘移)，是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差。不稳定性可能的原因仪器需要校准仪器、设备等的磨损基准出现误差校准不当仪器质量差测量方法不同（量具或零件）变形环境变化操作者观察错误零件测量位置错误正常老化或退化缺乏维护线性线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值量程基准值观测平均值基准值观测平均值基准值无偏倚有偏倚观测平均值线性误差可能的原因仪器校准周期太长仪器、设备等的磨损基准出现误差校准不当仪器质量差测量方法不同（量具或零件）变形环境变化操作者观察错误零件测量位置错误缺乏维护重复性由一位评价人多次使用同一种测量仪器，测量同一零件的同一特性时获得的测量变差通常指设备变差（E.V）重复性重复性不好的可能原因零件（样品）内部仪器内部基准内部方法内部评价人内部环境内部再现性由不同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。通常值评价人变差（A.V）再现性再现性错误的潜在原因零件（样品）之间仪器之间标准之间方法之间评价人之间环境之间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，GRR等于系统内部和系统之间的方差的总和222GRR再现性重复性＋测量系统的能力测量系统的能力是基于短期的评估，对测量误差（随机的和系统的）合成变差的估计。简单的能力包括以下两个部分不正确的偏倚或线性重复性和再现性测量能力的估计是对于规定条件、范围和测量系统量程内的预期误差的表达测量系统的性能测量系统的性能是所有有效的和可确定的变差源随时间的最终影响，量化了合成测量误差（随机的和系统的）的长期评估。性能包括的长期误差为以下两部分：能力（短期误差）稳定性和一致性测量性能的估计是一个规定条件、范围和测量系统量程内的预期误差的表达测量不确定度不确定度是赋值给测量结果的范围，在规定的置信水平内预期包含有真测量结果的范围。这个概念的简单表达：U真测量值观测到的测量值（结果）测量问题分析步骤识别问题对于测量问题，用准确度、变差、稳定性等形式来体现将测量变差和其贡献与过程变差相分离确定小组小组规模根据测量系统和问题的复杂而定测量系统和过程的流程图因果图计划－实施－研究－措施可能的解决方法和纠正的验证使更改制度化化测量系统的评定从两个重要方面进行评定：验证在适当的特性位置正在测量正确的变量；识别与测量相互依赖的任何关键的环境确定测量系统需要具有何种统计特性才是可接受通过两个阶段的试验得到上述两方面的评定：了解测量过程，验证该过程是否满足要求验证设计规范利用实验来评价操作环境对测量系统参数的影响测量过程随时间的推移是否满足要求测量系统研究的准备－1先计划将要使用的方法评价人的数量，样本数量及重复读数次数的确定。在此考虑的因素如下：尺寸的关键性－根据量具研究评价所需的置信度零件结构－零件的大小或重量评价人的选择－日常操作该仪器的人员样本的选择－至关重要！样本的选择分为两种情况：产品控制和过程控制样本的选择－产品控制的情况产品控制的情况－测量系统用于根据规格判定产品是否合格样本随机抽样－不需要覆盖整个过程范围测量系统的评价基于特性的规格公差样本的选择－过程控制的情况过程控制的情况（分为过程变差已知和过程变差未知）－测量系统用于判定过程是否稳定受控当过程变差已知时：样本的选择要代表整个过程的变差测量系统的评价基于过程的变差没有代表整个过程的变差代表了整个过程的变差样本的选择－过程控制的情况当过程变差未知时：样本的选择必须代表整个生产的范围样本选取方法：每天取一个样本，持续若干天总变差2＝零件变差2＋评价人变差2＋设备变差2即测量系统的评价基于总变差222222TVPVAVEVPVGRR测量系统研究的准备－2仪器的分辨力应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分之一确保测量方法（如评价人和仪器）在按照规定的测量步骤测量特性的尺寸。测量系统研究的步骤测量应按照随机顺序评价人不应知道那个零件在被检查研究人员知道被检查的零件，并记下相应数据在设备读数时，测量值应记录到仪器分辨率的实际限度研究工作由知其重要性且具有能力的人进行制定试验计划时考虑的因素制定两个阶段试验计划时，考虑以下方面因素：评价人对测量过程有何影响？-日常使用该仪器的评价人要包括在内-每个评价人的程序相同，评价人所