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MSA--量测系统分析(MeasurementSystemAnalysis)前言在品质检验、生产控制、开发设计等过程中我们经常通过测量来得到数据,并依据量测数据的信息作出判断并作相关的调整,所以量测数据准确与否至关重要.如何来判断分析量测数据是准确,目前使用量测系统是否合用?“工欲善其事，必先利其器”，保证测量系统的稳定和准确是测量工作的前提条件,量测系统分析(MSA)就是用来分析量测系统状况的有力工具.数据的质量◆数据的类型---计量型---计数型◆如何评定数据质量---测量结果与“真值”越小越好;---数据质量是用多次测量的统计结果进行评定.◆计量型数据质量---均值与真值(基准值)之差(指数据相对基准位置);---方差大小(指数据分布).◆计数型数据质量---对产品特性产生错误分级的概率I类错误,合格判为不合格;II类错误,不合格判为合格;基本术语◆量具:任何用来获得测量结果的装置;经常用来指用在生产车间的装置;包括用来测量合格/不合格的装置.◆测量:赋值给具体事物以表示它们之间关于特殊特性的关系.◆量测系统:用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合;用来获得测量结果的整个过程.人设备材料方法环境输入测量过程输出数据TS16949与MSA条文要求7.6.1测量系统分析为分析在各种测量和试验设备系统的测量结果中的变差，应进行适当的统计研究，此要求应适用于在控制计划中提及的测量系统。所用的分析方法及接受准则应与顾客关于测量系统分析的参考手册相一致，如果顾客批准，也可使用其它的分析方法和接受准则。TS16949与MSA要点说明:---对控制计划中列入的测量系统要进行测量系统分析.---测量系统分析方法及接受准则应与测量系统分析分析参考手册一致.---经顾客批准，也可使用其它的分析方法和接受准则。---如采用QS9000相关手册,则:QSA手册强调要有证据证明上述要求己达到;PPAP手册中规定:对新的或改进的量具测量和试验设备应参考MSA手册进行变差研究.APQP手册中,MSA为产品/过程确认阶段的输出之一.SPC手册指出MSA是控制图必需的准备工作.测量系统的统计特性理想的量测系统在每一次使用时,应只产生“正确”的测量结果,每一次测量结果应该是一个标准值.但由于种种原因影响不存这样理想的量测系统.且各种量测系统在不同统计特性(方差、偏倚均不同)尽管每一量测系统可能需要不同统计特性,但所有量测系统须共有:1.量测系统必须处于统计管制中,这就意味量测系统中的变差只能是普通原因而不是由特殊原因造成的;2.量测系统之变异必须比制造过程中变异小;3.量测系统之变异须相对小于规格界限(公差带);4.量测精度应高于制程变异/规格界限(公差带)较小者;一般来说为1/10;5.量测系统统计特性可能随被测项目改变而变化,若真如此,最大变差应小于制程变异或规格界限(公差带)较小者.量测标准的传递国际标准国际实验室国家标准国家实验室地方标准国家认可的校准机构公司标准企业的校准实验室测量结果生产现场检测设备制造厂量测系统分析目的量测系统分析的主要目的是在所处环境下求得该量测系统的变异,进而分析此变异之类别与变异之程度.分析时应注意下列事项:------应设定量具之允收标准------量具间如何进行比对------单一量具在修理前与修理后之比较------长期之量测能力评估------量具之管制作业如何进行量测系统分析量测系统分析主要为初期分析与定期分析.前者是新购此量测系统时所执行,以评判量测系统统计特性是否合符期望;后者是在规定期限内所执行,以评判量测系统是否维持在可接受之状态中.量测系统分析作业步骤:1.建立必要之指导文件,例分析指导书,校正指导书等；2.建立必要之程序,以管制所有量测系统维持在正常及最佳状态；3.须有合格之分析人员,待分析之量具,以及必要环境；4.依据相关指导书执行作业；5.搜集足够之数据,再依据所使用之分析表格执行分析作业用分析结论判定量测系统是可接受、勉强接受、不能接受。评定量测系统步骤评定量测系统可分析两个阶段◆第一阶段是验证系统是否一直量测正确的变量.(了解量测过程并确定量测系统能否满足需求)第一阶段主要有两个目的:1.确定量测系统是否具备所需要统计特性2.发现哪些环境因素对量测系统有显著影响◆第二阶段确定量测系统必须具什么样可接受统计特性第二阶段主要目的:验证量测系统一旦可行,应持续具有恰当的统计特性.常见“具量R&R”研究是第二阶段试验一种形式量测系统评定的两个阶段◆第一阶段(使用前)---确定统计特性是否满足需要?---确认环境因素是否有影响?◆第二阶段(使用过程)---确定是否持续地具备恰当的统计特性?评价量测系统的三个基本问题◆是否有足够的分辨力?◆是否统计稳定?◆统计特性用于过程控制和分析是否可接受?盲测法◆在实际测量环境下,在操作者事先不知正在对该测量系统进行评定的条件下,获得测量结果?向传统观念挑战◆长期存在的把测量误差只作为公差范围百分率来报告的传统,是不能面临未来持续改进的市场挑战。如何选择适当评定量测系统方法1.试验中是否应使用诸如那些可追溯至NIST的标准?如果是什么等级标准适合；2.对于第二阶段正在进行的试验,应考虑使用盲测；3.试验成本；4.试验所需时间；5.任何其定义没有被普遍接受的术语应作出可操作的定义(如准确度、精密度、重复性和再现性)；6.是否由这个量测系统取得的测量结果要与另一量测系统对比；7.第二阶段试验应每隔多久进行一次。量测系统变差类别量测系统变差类别有五种:-------再现性(Repeatability)-------再生性(Reproducibility)-------偏差(Bias)-------稳定性(Stability)-------线性(Linearity)准确度:量测真正值与观测值平均值之差.再生性:不同作业员使用相同量具测量同一产品某一特性之差异再现性:同一作业员用同一量具测量同一件产品重复量测所产生的变异稳定性:使用相同量具,量测同产品在不同时间实施量测,至少量测两组数据,其平均数据之差异线性:透过可能之操作范围,测量至少两点数据,并计算出最大最小精确值之差异量测系统五性分析量测系统变差作用◆接受新量测设备的准则；◆一种量测设备与另一种的比较；◆评价怀疑有缺陷的量具的根据；◆维修前后测量设备之比较；◆计算制程变差,以及生产过程的可接受水平；◆作出量具特性曲线(GPC)的必要信息。偏倚偏倚:又称为准确度(Accuracy),是指量测平均值与真值之差值.观测平均值基准值偏倚再现性(Repeatability)再现性:又称为量具变异,是指用同一种量具,同一作业者,当多次量测相同零件之指定特性时所得之变异,以公式表示如下:EV=R×K1,%EV=100(EV/TV)注:EV为再现性,TV为全变异再现性图标:R为所有作业者多次量测变异平均值K1,为再现性系数,与量测次数有关TV为全变异,TV=(R&R)2+(PV)2R&R为再现性与再生性PV为零件变异再现性再生性(Reproducibility)再生性:又称作业者变异,是指不同作业者以相同量具量测相同产品特性时,量测平均值之变异,以公式表如下:AV=√(XDIFF×K2)2-(EV2/nr)%AV=100(AV/TV)注:AV为再生性,TV为全变异XDIFF为不同作业者所量测之平均值之最大值与最小值之差异K2为再生性系数,与作业者之人数有关再生性图标作业员a作业员b作业员cn为被测零件数目r为位作业者量测次数再生性作业员a作业员b作业员c衡定性(Stability)稳定性:又称为漂移(Drift),指不同时间量测值之变异,此量测之方式可两种:1.以相同标准件在不同时间量测同一量具所得之变异以相同量具在不同时间量测同一零件所得之变异稳定性图标时间1稳定性时间2线性线性:是指量具在使用范围内偏移差异之分布状况观测平均值观测平均值基准值偏移小基准值偏移大观测平均值基准值无偏倚有偏倚零件变异(PartVariation)零件变异:为制程中个别零件量测平均值之变异.PV=Rp×K3(Rp为零件之最大变异,K3为系统,数零件数有关)量测系统的分析象过程一样,对用来描述测量系统的变差的分布可以赋予以下特性:1.位置稳定性;偏移线性2.宽度或范围再现性再生性量测系统分析-量测系统分辨力分辨力-量测系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力,可被称分辨率.1个数据分级2-4个数据分级5或更多数据分级控制只有下列条件才可用于控制:与规范相比过程变差较小预期过程变差上的损失函数很平缓过程变差的主要原因导致均值偏移依据过程分布可用半计量控制技术可产生不敏感的计量控制图分析对过程参数及指数估计不可接受只能表明过程是否正在产生合格零件一般来讲对过程参数及指数的估计不可接受只提供粗略的估计建议使用建议可视分辨率最多是总过程的6的十分之一,而不是公差宽度的1/10)量测系统分析-量测系统分辨力0.14555(UCL)控制上限0.13571(LCL)控制下限0.1431(UCL)控制上限0.1375(LCL)控制下限0.01810(UCL)控制上限0.0102(UCL)控制上限平均(X)平均(X)极差(R)极差(R)最小测量单位为0.001寸数据控制图最小测量单位为0.01寸数据控制图量测系统分析-稳定性◆两种稳定性---一般概念:随时间变化系统偏倚的总变差;---统计稳定性概念:测量系统只存在普通原因变差,而没有特殊原因变差.◆利用控制图评价测量系统稳定性---保持基准件或标准件,使其在研究周期内保持不变;---极差图出现失控时,说明存在不稳定的重复性;---均值图出现失控时,说明偏倚不稳定.◆稳定性评价的原则---评价周期的确定需要专业知识,但是稳定性不是能在很短的时间内作出评价,之前可利用统计技术,过程模型确定影响因素;---稳定性不必计算数值.---稳定性状态不确定时,评价R&R弊大于利,因为过程不受控,计算过程能力没有意义.量测系统分析-稳定性一领班决定监视测量粘度的量测系统.其不知标准值但保留一标准样本.其把样本一分为三,测定各部分粘度.日期10/1610/2310/3011/611/1311/2011/2712/412/1112/1812/251/41/111/181/252/22/92/162/23时间10:009:309:009:1510:009:459:009:259:0510:009:009:509:359:359:409:009:159:459:25NO148.648.448.9248.748.848.9348.348.0平均极差偏倚1.在工具室或全尺寸检验设备上对基准件进行精密测量;2.认一位评价人用正被评价的量具测量同一零件至少10次;3.计算出平均值.基准值与平均值之差表示量测系统偏倚.偏倚相对比较大的可能原因:基准的错误磨损的零件制造的仪器尺寸不对仪器测量非代表性尺寸仪器没有正确校准评价人员使用仪器不正确偏倚---示例全尺寸检验设备确定的基准值为0.80mm,该零件的过程变差为0.70mm.X1=0.75X2=0.75X3=0.80X4=0.80X5=0.65X6=0.80X7=0.75X8=0.75X9=0.75X10=0.70X=7.5/10=0.75X=0.75偏倚=观察平均值-基准值=0.75-0.80=-0.05偏倚占过程变差的百分比计算如下:偏倚%=100【│偏倚│/过程变差】偏倚%=100【│0.05│/0.70】=7.1%基准值重复性测量过程的重复意味着测量系统自身的变异是一致的.由于仪器自身以及零件在仪器中位置变化导致的测量变差是重复性误差的两种原因.重复性标准偏差或仪器变差(ơe)的估计为R/d2仪器变差或重复性将为5.15R/d2或4.65R从生产过程中选取5件样品.选择两名经常进行该测量的评价人参与研究.每一位评价人对每个零件测量三次.重复性—示例评价人1评价人2零件1234512345试验12172202172