TS169492009-MSA测量系统分析培训教材(第三版)-最新版

TS16949：2009-MSA测量系统分析培训教材（第三版）1•••••••••••课程大纲测量系统分析的意义和目的；测量系统分析的定义：测量系统、量具、测量、测量过程；•测量系统分析的基础知识：1）、测量系统的统计特性：偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性、分辨力2）、理想的测量系统计量型测量系统的分析方法1）偏倚2）稳定性3）线性4）重复性和再现性（R&R）计数型测量系统的分析方法1）小样法2）大样法3）、测量系统的共同特性4）、测量系统的评定步骤和准备2测量的重要性人机法环测量合格原料过程活动测量结果不合格•如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格，不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品或过程特性。•因此，要保证测量结果的准确性和可信度。3测量误差Y=x+ε测量值＝真值+测量误差戴明说没有真一致值的存在4•••••••5测量误差的来源分辨能力精密度准确度(重复性)(偏差)•损坏不同仪器和夹具间的差异不同使用人员的差异使用不同的方法所造成差异不同环境所造成的差异(再现性)测量的变异说明工件+(零件)仪器+(量具)弹性变形清洁度溯源性隐藏的几何形状制造设计维护测量系标准统稳定性振动热膨胀照明压力温度经验培训理解体力温度变异性环境人员6为什么要进行测量系统分析•即使量具经过检定或校准，由于人、机、料、法、环、测等五方面的原因，会带来测量误差。•检测设备的检定或校准不能满足实际测量的需要。•满足QS9000、ISO/TS16949标准的要求：ISO/TS16949:2009标准7.6.1规定：为分析出现在各种测量和试验设备系统测量结果的变差，必须进行适当的统计研究。此要求必须适用于在控制计划中提及的测量系统。这些分析方法以及接收准则的使用必须符合顾客的测量系统分析参考手册。采用其他的分析方法和接受准则必须获得顾客的批准。7测量系统分析的目的•运用统计分析方法，确定测量系统测量结果的变差（测量误差），了解变差的来源。•确定一个测量系统的质量，并且为测量系统的改进提供信息。•保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。8测量系统的基本知识和概念•术语•测量系统及其统计特性•分辨力、稳定性、偏倚、重复性、再现性、线性•理想的测量系统•测量系统的共同特性•测量系统的评定步骤和准备9术语•测量：赋值给具体事物以表示他们之间的关系。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：用来对被测量特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合。10测量系统的组成人操作人员测量系统机料法环量具/测量设备/工装被测的材料/样品/特性操作方法、操作程序工作的环境11测量系统的统计特性•通常使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质量：1）分辨力2）偏倚3）重复性4）再现性5）线性6）稳定性DiscriminationBiasRepeatabilityReproducibilityLinearityStability12分辨力（率）•定义：指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。•传统是公差范围的十分之一。建议的要求是总过程6σ(标准偏差)的十分之一。10T3013分辨力（率）分辨力差12345分辨力好1234514偏倚基准值偏倚•偏倚：是测量结果的观测平均值与基准值的差值。•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。观测平均值15重复性重复性是由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得重复性真值重复性好均值的测量值变差。真值重复性差均值16再现性操作者C•再现性是由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。操作者B操作者A再现性再现性好真值真值再现性差17稳定性稳定性：是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的相同特性时获得的测量值的总变差。稳定性时间2时间118线性线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值：可以用整个仪器量程范围内的偏移之差（或偏差）的量度来度量样本的线性度。如果偏移在整个量程范围内不变，则具有很好的线性度。基准值基准值观测平均值量程观测平均值19平线性此时线性度是个问题有偏倚偏移观测的无偏倚.0001.001测量单元.01.1此时线性度不是个问题均值偏移基准值.0001.001.01.1测量单元20测量系统的分析•测量系统的变差类型：偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性•测量系统特性可用下列方式来描述：1）位置：稳定性、偏倚、线性。2）宽度或范围：重复性、再现性。21位置和宽度标准值位置宽度位置宽度22理想的测量系统理想的测量系统在每次使用时：•应只产生“正确”的测量结果。•每次测量结果总应该与一个标准值相符。•一个能产生理想测量结果的测量系统，应具有零方差、零偏倚和所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。23测量系统所应具有的特性•测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。这可称为统计稳定性；•测量系统的变异必须比制造过程的变异小；•变异应小于公差带；•测量精密应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变异和公差带两者中精度较高者的十分之一；•测量系统统计特性可能随被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者。24••测量系统的评定第一阶段：明白该测量过程并确定该测量系统是否满足我们的需要。主要有二个目的：1）确定该测量系统是否具有所需要的统计特性，此项必须在使用前进行。2）发现种环境因素对测量系统显著的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用的环境要求。第二阶段：目的是在验证一个测量系统一旦被认为是可行的，应持续具有恰当的统计特性。常见的量具R&R分析是其中的一种试验型式。25计量型测量系统研究26计量型测量系统研究作业步骤：（1）确定M名操作者A、B、C……，选定N个被测零件，按1、2、……，编号。被选定零件尽可能反映整个过程的变差。（2）测取数据：A以随机顺序测取所有数据并记录之，B、C在不知他人测量结果的前提下，以同样方法测量各零件的数据并记录之。（3）再以随机顺序重复上述测量r次(如2～3次)27=（4）数据处理-极差计算(1)分别计算每个操作者对各个零件进行r次测量的极差Raj,Rbj,Rcj;j=1,2,......,N;(2)计算每个操作者的平均极差Ra,Rb,Rc,......,Rm;(3)总平均极差R（Ra+Rb+...+Rm)/M;(4)计算控制限UCLR=RD4LCLR=RD3D3，D4可根据试验次数r查表，当r7时，D3=0。28jj值jjj值=j（5）数据处理-均值计算(1)求出各人各零件的均值Aj,Bj,C,......,M(2)求出所有人各零件的均X=1M(Aj+Bj+C+...+M)(3)求出各人所有零件的均XA,XB,XC,......,XM例如XA=1N(A1+A2+......+AN)(4)总均值1M(Xa+Xb+Xc......+XM)(5)求各人均值中最大值与最小值之差，认为XDIEF=MaxXMinX(6)求各零件均值中最大值与最小值之差，认为RP=MaxXjMinX29111（6）结果分析•以下计算的变差均以99%的正态概率为基础，即变差=5.15σ•重复性EV=R×K当试验次数r=3,Kr=2,K=3.05=4.4530007.5（6）结果分析重复性示例：评价人1评价人2零件试验1212172162220216321721642142125216219121621922162163216215421621252202203平均值极差216216.31.0218218.04.0216216.31.0212212.72.0220218.34.0X216.3220218.34.0220217.34.0216215.71.0212213.34.0220220.00.0X216.9R图控制限R=2.5UCLR=R*D4=LCLR=R*D3=6.40.0子组内观察次数23D3D43.267控制图常数2.575零件变差试验次数σe=R/d2m=3g1m21.4131.91g5m21.1931.74g9m21.1631.72零件数量*评价人g=10d2=1.72(查表)零件变差e=2.5/1.72=1.452341.281.231.211.811.771.756781.181.171.171.731.731.721011121.161.161.151.721.711.71重复性=5.15σe=平均极差分布的d2值312)（6）结果分析•再现性AV=(XDIFF×K2)(EV2Nr其中K2=5.15/d2,d2取决于m.其中N——零件数，r——试验数当评价人数m=2时，K2=3.65m=3时，K2=2.70若根号内为负值，则AV=032（6）结果分析再现性示例：评价人1评价人2零件试验1212172162220216321721642142125216219121621922162163216215421621252202203平均值极差216216.31.0218218.04.0216216.31.0212212.72.0220218.34.0X216.3220218.34.0220217.34.0216215.71.0212213.34.0220220.00.0X216.9mmm平均值极差R0=216.9-216.3=0.6评价人数m=2g=1(只有1个极差)评价人标准偏差=R0/d2=0.4再现性=5.15R0/d2=2.2g123421.411.281.231.2131.911.811.771.75g567821.191.181.171.1731.741.731.731.72g910111221.161.161.161.1531.721.721.711.71平均极差分布的d2值因量具变差影响了再现性的估计值，必须减去重复性部分来校正。校正过的再现性=(5.15R0/d2)2-(5.15σe)2/nr=1.0n=零件数量，r=试验次数。校正的评价人标准偏差σ0=1.0/5.150.1933（6）结果分析•零件间变差（PV）零件间变异：是指同一人或不同人使用同一量具测量不同零件之相同特性所得之变异。PV=Rp×K3其中:Rp为样品的平均值极差,K3=5.15/d2注:d2取决于零件数(n)当n=10时,d2=1.6234（6）结果分析零件间变差示例：评价人1评价人2零件试验123平均值极差1217216216216.31.02220216218218.04.03217216216216.31.04214212212212.72.05216219220218.34.01216219220218.34.02216216220217.34.03216215216215.71.04216212212213.34.05220220220220.00.0平均值217.3217.7216.0213.0219.2极差RP6.2m零件间的标准偏差P=RP/d2零件数m=5g=1(只有1个极差)P=6.2/2.48=2.50零件间变差PV=5.15*P=12.88g123421.411.281.231.2131.911.811.771.752.242.152.122.11452.482.402.382.3762.672.602.582.57平均极差分布的d2值35（6）结果分析•参数表:362222（6）结果分析•测量系统双性（R&R）R&R=(EV)+(AV)•总变差(TV)TV=(R&R)+(PV)37（6）结果分析•测量系统GR&R(%R&R):(GaugeReproducebilityandRepeatability)%R&R=100(R&R/TV)ＧＲ＆Ｒ示例38（6）结果分析•%R&R可接受的条件是：•数值10%的误差测量系统可接受•10%