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MSA测量系统分析MeasurementSystemAnalysis2004/112引言MSA的问题1、为什么量具进行了检定或校准还要进行测量系统分析？2、为什么经过100%检验，顾客还说存在不合格品？3,为什么品质部门经常与生产部门争吵？4,为什么QC之后仍然需要QA？5,什么样的测量系统才是可接受的？3引言内容1.引言2．测量系统分析介绍3．测量系统分析研究的准备4．测量系统的分析研究偏移线性稳定性重复性和再现性计数型量具研究4引言ISO/TS16949相关要求7.6.1测量系统分析为分析每种测量和试验设备系统得出的结果中出现的变差,应进行统计研究。此要求应适用于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符合顾客关于测量系统分析的参考手册的要求。如果得到顾客的批准，也可使用其他分析方法和接受准则。5测量系统分析介绍定义•测量：给被测对象赋值；决定数据的过程就是测量过程，决定出来的数值就是测量数值（数据）•量具：用来得到测量结果的任何装置•测量系统：用来得到测量结果而进行的全过程，包括：程序、量具、仪器、软件、人员、操作的集合设备（量具：制造误差……）人员（熟练程度、认真程度、读数等差别）原材料（被测对象：内部差别……）顾客操作规程环境（温度、温度、灰尘、振动……）共同作用输出测量值6测量系统分析介绍测量系统测量系统变异性仪器+(量具)工件+(零件)人员环境设计重复性再现性一致性敏感性均匀性变形影响接触几何放大线性稳定性坚固性使用假设维护p.m.标准制造制造公差制造变差设计确认-夹紧-定位测量点-测量传感器可操作的定义充分的数据清洁度内部相关特溯源性隐藏的几何形状弹性变形物质支持特征弹性性质稳定性标准热膨胀系数弹性性质标准教育的体力的经验培训经验培训理解可操作定义目视标准程序态度人机工厂压力照明振动空气污染几何相容性照明阳光人工的人空气流热膨胀稳定-系统部件温度本位的和周围的循环图2：测量系统变异性-因果图7测量系统分析介绍为何需要测量系统分析？测量值=被测特性+测量误差l如测量系统不准确，测量结果不可靠l如测量系统变化过大，过程的变差不能展现，SPC过程统计控制技术不能发挥作用輸入製程測量過程變差變差輸入/輸出製程變差+測量變差輸出有多大?有什麽影響?所得結果8测量系统分析介绍测量系统的统计性质l足够的分辨率；l必须处于统计控制状态（变化仅由普通原因引起）l测量系统变差必须比生产过程变差的变差少l测量系统变差必须比规格范围少l测量系统变差必须比过程变差与规格范围二者中较小的一个相对小，通常是十分之一。9测量系统分析介绍测量系统变差的类型：-BIAS偏移-LINEARITY线性-STABILITY稳定性-REPEATABILITY重覆性-REPRODUCIBILITY再现性寬度變差位置變差10测量系统分析介绍BIAS偏移-测量结果的观察平均值和基准值的差值。基准值：是用现有的最精确的测量装置的测量结果的平均值观察平均值偏移基准值11测量系统分析介绍LINEARITY线性在量具预期的工作范围内，偏移值之间的差值12测量系统分析介绍STABILITY稳定性（不同时间）稳定性（或漂移）是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(偏倚隨著時間的變化)时间参考值13测量系统分析介绍REPEATABILITTY重覆性一个检验员用一个量具对相同零部件的同一特性重覆测量结果的变差。它是设备本身固有的变差或性能。重复性14测量系统分析介绍REPRODUCIBILITY再现性（不同人员）不同的检验员用同一个量具对相同零部件的一个特性的测量结果的平均值的变差。再现性评价人ACB15测量系统分析介绍GageR&R(GR&R)測量系統重復性和再現性合成的評估量具R&R是重复性和再现性合成变差的一个估计。σ2GRR=σ2再现性+σ2重复性基准值ACBGRR16测量系统研究的准备测量系统分析计划和准备MSA常见问题哪些测量系统需进行MSA?(测量风险在哪?)需进行哪些研究?(测量风险来源?)研究对象如何选取?(最大的测量风险?)用什么方法?(计数型/计量型)什么时间?(MSA计划)判断准则是什么?(MSA手册)17测量系统研究的准备测量系统分析计划和准备MSA常见问题l哪些测量系统需进行MSA?(测量风险在哪?)并不是所有产品和过程特性都需要对其测量系统进行如此详尽的研究。简单的标准测量工具如千分尺、卡尺可能不需要这样深度的战略和计划。一个基本的经验准则是被测量的零件或子系统的特性是否已在控制计划中识别或该特性在确定产品或过程是否可接受时是重要的。另外的指南是对特定尺寸赋予的公差水平。常识是任何情况下的指导!!(MSA3rdversion,page22)18测量系统研究的准备测量系统分析计划和准备1．计划所使用的方法2．确定检验员人数，样本部件数量，量度次数。在此要考虑的因素包括：a)尺寸的关键性-关键尺寸需要较多部件数量和/或量度次数b)部件外形-体积大或沉重的部件可能要较少的部件数量，但较多的量度次数3．因为目的是评估整个测量系统，检验员必须从正常操作设备的人员中选取4．样本必须从过程中选取并能代表整个工作范围5．设备的分辨力必须至少能量度出特性的预期过程变差的十分之一6．保证测量方法（检验员和设备,量具特性）按规定的程序进行1).测量必须是随机进行的2).在设备上读数时，必须该估读到能得到的最近似数。如可能，读数必须低致最小刻度的一半;例如:刻度是0.001，读数则要估计到0.00053).观察研究的人必须充分了解对进行可靠研究所要求的注意事项的重要性4)．每个检验员必须用相同的程序相同的步骤去拿取数据19测量系统研究的准备测量系统的分辩力l选择和分析测量系统时，必须了解测量系统的分辨能力-即测量系统检测量度特性的轻微变化的能力-亦即分辨力l由于经济和物质的限制，测量系统不一定会把个别数据精细地表现出来一般会对数据分为不同的数据组。l如测量系统的分辨能力不足，系统可能不能够确定过程变化或将个别部件的特性数据展现出来l如系统不能检测过程的变化，即表示分辨能力不可接受l如系统不能检测特殊原因变化，即表示分辨能力不可接受20测量系统研究的准备控制分析————————————————————————————可用作控制，只当l过程变化比规格小l不可用作估计工序参数l在预期的过程变差上的l只可表示工序在生产合格或不合格品损失函数很平均l过程变化的主要原因引致均值移动l根据过程分布使用l一般不可用作估计工序参数半计量值控制技巧l可产生不敏感的计量l只提供粗略估计值控制图l使用计量值控制图l建议使用一个数据分级2－4个数据分级》5个数据分级21测量系统分析研究测量系统的稳定性进行测量系统统计稳定性分析的指南取一样本并建立相对于可溯源标准的基准值。定期（天、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。应该在每天的不同时间测取读数，以反映该测量系统实际使用时的情况，例如预热、环境温度、湿度等的影响。利用上述子组制作或控制图。对或图进行过程控制解释。如果测量系统是稳定的，上述测量数据可以用于确定测量系统的偏倚和重复性。RXSXSXRX22测量系统分析研究稳定性例子一个车间主管要监控量度粘度的测量系统，他没有标准，但他保持了一个标准样本，每周，他将样本分开三份，用三个计时器量度，结果显示在X-R图上。l只有一个样本超过控制限，但平均数自第七周起，没有什么变化，主管认为这是因为数据分层，因为样本是以三个计时器量度l如控制图是以每个计时器编制，可以三个图比较它们的稳定性l如需要继续使用三个计时器，必须改进计时器达到相近的读数l因为R图没有失控，稳定性可以估计（标准偏差）23测量系统分析研究计量值控制图（X和R）l除了控制圖分析法,對穩定性設有特別的數據分析或指數l如再计算实际过程的标准偏差，则可以评估测量系统的稳定性是否可接受。24测量系统分析研究BIAS偏移l要确定测量系统的偏移，必须得到部件的基准值（不是规格值）l基准值可以从工具房或全尺寸检验设备得到l基准值是用来比较观察值以计算偏移Bias＝基准值－观察平均值偏移基准值__X__X25测量系统分析如偏移比较大，调查可能的原因●基准值的误差●仪器需要校准●仪器、设备或夹紧装置的磨损●磨损或损坏的基准，基准出现误差●校准不当或调整基准的使用不当●仪器质量差——设计或一致性不好●线性误差●应用错误的量具●不同的测量方法——设置、安装、夹紧、技术●测量错误的特性●（量具或零件）变形●环境——温度、湿度、振动、清洁的影响●违背假定、在应用常量上出错●应用——零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误26测量系统分析偏移例子确定偏倚的独立样本法（MSA手册第二版）一个样本由一个检查员量度了10次,10个数据如下:X1=0.75X6=0.80X2=0.75X7=0.75X3=0.80X8=0.75X4=0.80X9=0.75X5=0.65X10=0.70全尺寸检验设备量度了基准值为0.80mm,部件的过程变差是0.70mm观察值的平均值是:=∑X/10=7.5/10=0.75偏移=观察平均值-基准值=0.75-0.80=-0.05__X27测量系统分析偏移例子（续）偏移与过程变差的百分比是：%偏移=100×偏移/过程变差=100×0.05/0.70=7.1%偏移与公差的百分比则以公差代替过程变差计算；所以量具的偏移是-0.05mm即观察数据平均比真值少0.05mm也是过程变差的7.1%（偏移的接受准则并未给出！）28核心工具-MSA确定偏倚的独立样本法（MSA手册第三版）（1）把样件送到一个比该测量系统更高级的测量系统上，进行多次（≥10次）测量，取这些多次测量结果的平均值作为基准值。基准值。（2）安排一个人对该样件进行多次（≥10次）重复测量可以满足求偏倚的要求。利用该测量系统对该样件进行了n=15（≥10次）次重复测量，结果如下：测量系统偏倚研究的测量数据测量次序123456789101112131415测量结果5.85.75.95.96.06.16.06.16.46.36.06.16.25.66.0(3)利用测量读数画直方图,根据专业知识判断是否存在特殊原因或出现异常.如果没有,继续分析；对于n30的解释或分析,应当特别谨慎.mmXT0.629核心工具-MSA(4)计算测量结果的平均值X0067.615151iiXX012345.65.75.85.96.06.16.26.36.4测量值图6-2偏倚研究直方图mmXXBT0067.00.60067.6(5)计算偏倚B30核心工具-MSA(6)计算重复性标准差以n=5个读数组成子组,其极差R=6.4-5.6=0.8其中,是通过查附表得到的(子组容量m=n=15，子组数g=1)。（7）计算均值的标准差其中，n是利用要研究的测量系统对样件进行多次重复测量的总次数。（8）计算偏倚的t统计量05813.01522514.0nrb1153.005813.00067.0bBtXb22514.055333.38.0*2dRr.2dr31核心工具-MSA(9)计算偏倚值的1-置信区间其中,,和v(自由度)可以在附表中查到。在本例中,g=1，ｍ=n=15；可以在标准t分布表（见附表）中查到。水平的默认值是0.05。如果不是这个默认值，则必须得到顾客同意。在本例中，=3.47193，＝3.55333，=10.8，=2.206。偏倚值的95%置信区间为[-0.1186，0.1320]。因为0落在上述偏倚值的95%置信区间之内，所以偏倚等于零的假设在=5%的水平上是可以接受的。也就是说，可以在统计上判定这个测量系统的偏倚等于零，而这种判断犯错误（假设-检验的第一类错误：偏倚为零，而判断为非零）的可能性为5%。21,.2221,22,vbvbtddBtddB2d*2d21,t2d