新MSA讲义

量测系统分析（量测系统分析（MSA)MSA)方法方法吴煜明吴煜明博士博士测量的作用„产品特性符合性判定„过程监控调整„事物状态判定测量：赋值（或数据）给具体事物以表示它们之间关于特定特性的关系；测量即赋值测量器具（量具）任何用来获得测量结果的装置，包括通过/不通过装置„具有固定的分辨力（或称分辨率、可读性）„应建立量具管理体系策划（如APQP)采购/招标验收维护管理文件定期检定„应确保量具的标准溯源性标准溯源性国际标准国家标准引用标准工作标准生产量具测量过程与测量数据量具I检测环境E测量对象W检测标准S人员、方法P测测量过程量过程数据此即为此即为““量测系统量测系统””！！测量过程：测量过程：赋值给具体事物以表明它们之间关于某特性关系的过程赋值给具体事物以表明它们之间关于某特性关系的过程测量值测量值：：被赋予的值，即被赋予的值，即测量过程输出的数据测量过程输出的数据测量数据的质量„测量过程犹如制造过程，其输出的“数据”也有质量„稳定的测量过程，其测量数据也具有统计特性„表征数据质量的统计特性常用偏倚偏倚和变差变差生产过程制造的生产过程制造的是是““产品产品””；；测量过程制造测量过程制造的是的是““数据数据””……数据质量的衡量指标数据质量的衡量指标宽度变差„„重复性重复性((REPEATABILITY)REPEATABILITY)„„一致性一致性„„均一性均一性„„再生性再生性((REPRODUCIBILITY)REPRODUCIBILITY)位置变差位置变差„„偏倚偏倚((BIAS)BIAS)„„稳定性稳定性((STABILITY)STABILITY)„„线性线性((LINEARITY)LINEARITY)系统变差系统变差„„不确定度不确定度重复性重复性工件真值变差95％由同一测量人员，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时所获得的测量值变差再现性再现性工件真值由不同测量人员，使用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时所获得的测量平均值的变差A评价人B评价人A评价人变差稳定性稳定性工件偏倚随时间的变化,又称漂移;一个稳定的测量过程是关于位置的统计受控UCLLCLCL偏倚偏倚工件真值变差测量的观测平均值和基准值之间的差异线性线性工件整个正常操作范围的偏倚改变0偏倚工件大小测量系统变异性因果图测量系统变异工件仪器/量具环境人员标准清洁度充分的数据可操作的定义弹性变形物质支持特征隐藏的几何形状弹性性质稳定性热膨胀系数弹性几何相容性溯源性温度空气流照明振动空气污染制造制造变差制造公差维护标准P.M.设计确认变形影响坚固性设计程序理解限制经验培训体力教育目视标准操作态度测量变异性的影响所有变差源累积影响通常称之为测量系统误差,简称“误差”„在产品或过程控制中,影响决策正确性„影响产品符合性判定的正确性„影响过程判定„影响新过程接受„导致作业准备控制失误B区B区USLLSLA区C区A区Cp(观测)=Cp(实际)+Cp(测量系统)²²²²测量策划„针对高成本、复杂的测量装置（对简单测量系统可利用常识确定）„由APQP小组负责测量系统开发应考虑问题检查表设计与开发问题„测量特性类型„测量目的„测量人员及培训要求„柔性系统或专用系统„接触或非接触„环境„零件状态„测量方式（自动、手动）„测量灵敏度要求测量系统制造问题„输入与输出„成本„维护成本„售后服务„安全考虑„测量周期时间„测量环境„文件测量实施过程问题„数据管理„人员素质要求„长期稳定性分析„校验要求测量系统评价需考虑的问题„测量系统是否显示足够的灵敏性量具的分辨率须为测量特性公差的1/10„测量系统必须稳定在重复性条件下,测量系统变差只源于特殊原因„统计特性(误差)在预期范围内一致,并足以满足测量目的(产品或过程控制)测量不确定度评价„不确定度（U)定义真测量值＝观测到的测量值±U其中：„U按照95％置信区间计算„U=2UC„U²C=σ²偏倚+σ²GRR+σ²稳定性+σ²一致性+σ²其它测量问题分析方法七步法识别问题因果分析确定小组分析系统/流程制定化措施验证PDSA测量系统的类型„简单测量系统基本计量型基本计数型„不可重复型（如：破坏性试验）„复杂计量型„多重系统或试验台„连续过程测量系统评定基本原则分两阶段评定„第一阶段初步评价测量过程是否满足预期要求如：偏倚、线性、重复性和再现性„第二阶段持续评价测量过程是否满足要求如：稳定性分析、GRR测量系统分析的准备„计划将使用的分析方法„预先确定评价人数量、样品数量及重复次数注：评价人应从日常操作仪器人员样品数量取决测量特性重要度及样品大小„样品须取至过程并代表整个生产范围„确认量具的分辨力足够„确保盲测„分析研究人员须非常关注测量的可靠性分析结果的接受准则„位置误差偏倚和线性分析，在允许的最大误差范围内„宽度误差误差低于10％，系统可接受误差在10－30％，基于系统的重要性、维修成本、测量装置成本等，可能接受误差超过30％，系统不可接受„最终判定应基于长期稳定性的评定，而非一组分析结果简单计量型系统分析„系统特征变差主要来源于量具、评价人和方法零件内的变异性可忽略评价人于样品无交互作用研究期间样品无变化（1）稳定性分析„选取1或3个样品（分别位于预期测量最大值、最小值和中程值）或标准件（可溯源标准）„定期（天、周）测量样品或标准件3至5次„将数据按照Xbar-R图„建立控制界限并分析评价控制图是否有异常（2）偏倚分析独立样本法„选取1或3个位于测量中程值的生产样品或标准件„用高精度量具测量样品或标准件不少于10次，其平均值作为“基准值”„有一位评价人用通常方法测量上述样品或标准件10次以上„相对于基准值作评价人测量数据的直方图，判定是否异常；如正常，则继续分析„计算实测值的均值Xbar和重复性标准差σX=∑xi/nσr=[max(xi)-min(xi)]/d2*（2）偏倚分析„确定偏倚的t统计量偏倚＝观测平均值－基准值σb＝σr/(n)½t=偏倚/σb„如果0值落在围绕偏倚值1－α（默认值95％）置信区间以内，偏倚在α水平是可接受的偏倚－[d2σb(tr,1-α/2)/d2*]≤0≤偏倚+[d2σb(tr,1-α/2)/d2*]（2）偏倚分析控制图法„前期分析参照独立样本法„对样品或标准件进行稳定性数据收集„利用稳定性分析控制图获得实测值的均值Xd-bar和重复性标准差σX=∑xibar/nσr=Xd-bar/d2*„确定偏倚t统计量偏倚＝观测平均值－基准值σb＝σr/(g)½t=偏倚/σb„分析判定同独立样本法（3）线性分析„选取g≥5个零件，由于过程变差，零件测量值应覆盖量具的操作范围„用全尺寸测量每个零件，以确定其基准值并确认包括了量具的操作范围„有量具实际操作者中一人测量每个零件m≥10次（注意盲测）„计算每个零件的偏倚和偏倚平均值偏倚I,j=xi,j-(基准值）I偏倚i（bar)＝∑偏倚i,j/m„在线性图上画出单值偏倚和相关基准值的偏倚均值„用最小二乘法，拟合出偏倚均值与基准值的最佳拟合直线公式yi(bar)=axi+b（3）线性分析„根据确定的x0和α计算置信带„画出“偏倚＝0”线„若“偏倚＝0”线完全在置信区间内，则线性可接受（4）重复性和再现性分析极差法„一种GRR快速评价法„选定2位评价人和5个零件„每位评价人各测量各零件1次„计算2位评价人对同一零件测量值的差异，作为极差„计算极差平均值后，计算GRRGRR=Rbar/d2*％GRR=100×GRR/过程标准差（4）重复性和再现性分析均值极差法„重复性和再现性同时评价方法„选取零件n5件，并代表实际或期望的过程变差范围„选定3位评价人„由各位评价人在确保盲测情况下测量每件零件规定次数如2至3次并数据记录于“数据收集表”中„结果分析－作图法（判定是否有异常因素）均值图（超出一半的各评价人零件测量均值落在控制图界限外，说明分辨力足够）极差图（评估不同评价人测量结果的差异）链图（评价是否有游离测量值）（4）重复性和再现性分析散点图（评价不同评价人数据差异及有否游离数据）震荡图（显示评价人测量值差异）误差图（评价不同评价人测量数据误差趋势）归一化直方图（从每位评价人测量误差直方图评价每位测量误差的分布）„数据分析计算%EV(重复性）%AV（再现性）%R&R„测量系统可靠分辨级数ndc=1.41(PV/GRR)≥5（4）重复性和再现性分析方差分析（ANOVA)法„可更精确评估EV/AV/GRR„可评估零件与评价人的交互作用„零件、评价人和重复次数选取同“均值极差法”„数据采集要求随机化„作图分析法:均值图或残差图„方差计算，推导出标准差简单计数型系统分析„系统特征测量结果为“通过/不通过”或分级/分等测量的风险来自分区的边界（1）风险分析法„选取50个零件，要求覆盖整个公差范围„确定3位评价人，每人对每个零件重复测量3次„“通过”记1，“不通过”记0„确定零件的基准值„用符号“－”、“＋”、“x”代表基准值所处区域第Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ区„分析„假设检验分析－交叉表方法（复杂）„信号探测法（简单近似）（2）解析法„适用于单、双边规格要求的零件测量系统„选定一位评价人，分别评价下规格限或上规格限测量控制的重复性和偏倚„以下限测量为例„挑选零件8件，确定每个零件基准值，确保近似等间距每个零件重复测量次数m=20，若以a代表可接受次数则须确保最下零件最下零件a=0、最大零件a=20，其余6个零件1≤a≤19„每个零件接受概率计算（2）解析法a+0.5/ma/m0.5a≠0Pa=a-0.5/ma/m0.5a≠200.5a/m=0.5当a=0时，Pa=0;a=20时，Pa=1„绘制量具性能曲线（利用正态概率纸）„最佳直线拟合（在图纸上）„计算偏倚:偏倚＝下限－XT（Pa=0.5)„计算重复性：重复性＝[XT(Pa=0.995)-XT(Pa=0.005)]/1.08„确定偏倚是否偏零t=31.3x|偏倚|/重复性若t2.093(t0.25,19),则明显偏零复杂测量系统分析分析内容系统类型稳定性变异性非破坏非重复性S1S2V1V2破坏性S3S4S5V3V4V5V6V7V8不同测量系统分析方法注：S1-S5,V1-8为MSA手册分析方法示例