测量系统分析MSA

MFLEXranked66inBusinessWeek’sGlobalInfoTech100Companies测量系统分析MeasurementSystemAnalysisPreparedBy:WangwanTrainingDate:2013/07/02量测系统分析重要性(4W)计量型MSA计数型MSA破坏型MSAOutline测量系统分析,MeasurementSystemAnalysis,简称MSA测量本身即可视为一个流程(process)。任何流程都存在固有的变异，当然也包含测量流程。确切的制程变异事实上无从得知。在现实生活里，只能取得的观测到的制程变异(observedvariation)。这里已经包含了测量变异。因此，如果要掌握实际的制程变异，测量系统之变异必须尽量降低。还有什么呢?测量系统分析之重要性◆测量系统分析——对测量系统进行评估，验证其是否在合适的特性位置测量了正确的参数，确定其需要具备哪些可被接受的统计特征，以便了解测量结果的变异来源及其分布。◆测量系统——对测量单元进行量化或对被测的特性进行评估，其所使用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境及假设的集合；也就是说，用来获得测量结果的整个过程。◆测量——对某具体事物赋予数字（或数值），以表示它们对于特定特性之间的关系。什么是测量系统分析(MSA)What?为什么要进行MSA※要保证测量结果的准确性和可信度。测量过程原料人机法环结果好不好§ISO/TS16949：20027.6.1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，也可使用其它分析方法和接受准则。否则，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。Why?什么时候进行MSA§ISO/TS16949：2002附录AA.1控制计划的阶段适当时，控制计划应覆盖三个不同的阶段：•样件：对样件制造中将进行尺寸测量、材料和性能试验的描述。如果顾客要求，组织应有样件控制计划。•试生产：对样件制造后，全面生产前将进行的尺寸测量、材料和性能试验的描述。试生产被定义为在产品实现过程中样件制造后可能要求的一个生产阶段。•生产：在批量生产中，对产品/过程特性、过程控制、试验和测量系统的形成文件的描述。每个零件应有一个控制计划，但是在很多情况下，系列控制计划可以覆盖采用通用过程生产的多个似零件。控制计划是质量策划的一项输出。§有测量动作产生时就应该开始进行MSA，伴随着零部件过程开发，同步进行多次MSA分析，并根据分析结果进行测量系统改善，最终于批量生产前输出一个“合格的测量系统”，并固化到《生产控制计划》中。When?哪些地方要进行MSA§ISO/TS16949：20027.6.1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，也可使用其它分析方法和接受准则。§1、测量G/Z特性的测量系统；2、需要采用SPC控制的测量系统；3、按簇系进行。所以，我建议，现阶段我们的MSA分析范围：Where?制程变异的主要来源实际制程变异观察到之制程变异量测变异线性Linearity偏倚性Bias稳定性Stability来自仪器之变异来自测量员之变异来自零件之变异(parttopart)重复性Repeatability再现性Reproducibility我们将把“重复性”和“再现性”作为第一位的测量误差来源来探讨为了着手实际的流程变异,必须首先确定测量系统的变异,并把它从制程变异中分离出来A?LSRR&σ2observed=σ2Totalσ2partσ2MS9重复性分析再现性分析线性分析稳定性分析偏性分析位置分析变异分析稳定性分析解析法假设检验法小样法偏移分析稳定性分析变异分析计量型计数型破坏型MSA●极差法●均值极差法（包括控制图法）●ANOVE法（方差分析法）测量系统分析方法的分类10计量型MSA课程名称计量型位置分析变异分析稳定性分析偏倚分析线性分析重复性分析再现性分析稳定性分析准确度研究精确度研究计量型MSA12精确度准确度GoodBadGoodBad不精也不准精而不准不精而准既精且准测量平均值接近真值准测量值变异小精测量系统分析之课题13偏倚(Bias)平均值偏差參考值准确度(Accuracy)—测量的平均值是否与真值吻合?真值(TrueValue):–理论上正确的值(参考值)–不可知且无法知道偏倚（Bias)–相同零件上同一特性的观察平均值与真值(参考值)的差异14偏倚分析方法一同一操作者对同一工件测量10次(单位:mm)如果参考标准是0.80mm.过程变差为0.70mm10XX%Bias=IbiasI/PVX100%=I(0.75-0.80)I/0.70X100%=7.1%表明7.1%的过程变差是偏倚bias123456789100.750.750.80.80.650.80.750.750.750.7=0.75cm%偏倚判断准则:重要特性MSA偏倚%≤10%时可接受；一般特性MSA偏倚%≤30%时可接受.其偏倚大于30%者,此项仪器不适合使用15偏倚分析方法二%偏倚判断准则：95%信赖区间须包含0(MSA手册第三版)或P-value0.05接受H0(Minitab)ndXXnbiir2)min()max(05.0H0：Bias=0H1：Bias≠0Bias数据分布图Bias的95%信賴區間02/1,tBiasb2/1,tBiasb16偏倚分析方法二(续)路径:统计基本统计量单样本t单样本T:测量值mu=0.8与≠0.8的检验变量N均值标准差均值标准误95%置信区间TP测量值100.75000.04710.0149(0.7163,0.7837)-3.350.008基准值123456789100.750.750.80.80.650.80.750.750.750.7PValue0.05,接受H0PValue0.05,拒绝H00落在95%CI内,接受H00落在95%CI外,拒绝H017造成偏倚的可能原因仪器没有经过适当的校准仪器设备或夹具磨损仪器质量不良---设计或符合性线性误差应用错误的量具不同的测量方法─作业准备、设置、安装、夹紧、技术量具或零件的变形环境─温度、湿度、振动、清洁的影响应用─零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误还有什么其它的原因吗?18线性分析(Linearity)线性是在测量设备(测量系统)各作业范围内的偏性真值Bias测量所得平均值理想状况平均值=真值(nobias)真值BiasY(偏倚)=a*x(参考值)+ba=slop(斜率)%线性=|a|*100%0斜率=0平均值=真值(nobias)平均值真值(bias)(Linearity)19线性分析(Linearity)判定标准：截距、斜率检定结果均为接受H0(MSA手册第三版)或线性方程式的95%信赖区间须包含0(MSA手册第三版)或P-value0.05接受H0(Minitab)H0：Intercept=0H1：Intercept≠0H0：Slope=0H1：Slope≠0Bias=Intercept+Slop*參考值&OKNG20线性分析(Linearity)部件12345参考值246810测量值12.75.15.87.69.1测量值22.53.95.77.79.3测量值32.44.25.97.89.5测量值42.555.97.79.3测量值52.73.867.89.4测量值62.33.96.17.89.5测量值72.53.967.89.5测量值82.53.96.17.79.5测量值92.43.96.47.89.6测量值102.446.37.59.2测量值112.64.167.69.3测量值122.43.86.17.79.4一工厂引进一台新测量系统,需要评价测量系统的线性。根据文件化的过程变差描述，在测量系统操作量程内选择了五个零件。每个零件经过全尺寸检测测量确定了基准值。然后由测量员对每个零件测量12次（在测量中零件是随机选择的）。21线性分析(Linearity)路径:统计质量工具量具研究量具线性及偏倚研究零件编号参考值测量数据22线性分析(Linearity)标准件为2、8及10三点的BiasP-value0.05→不合格截距,斜率检定结果其一P-vaule0.05,判定不合格,置信区间未完全包含Bias=0,亦显示线性不合格23造成线性的可能原因仪器需要校准，缩短校准周期仪器、设备或夹具的磨损维护保养不好—空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁基准的磨损或损坏，基准的误差—最小/最大校准不当或调整基准使用不当仪器质量差—设计或符合性不好；不同的测量方法—设置、安装、夹紧、技术；量具或零件随零件尺寸变化、变形；环境影响—温度、湿度、震动、清洁度；其它—零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、读错。还有什么其它的原因吗?24稳定性分析(Stability)量测数据之平均值和标准差、以及分布形状不随时间而变没有趋势、偏移、或周期性变化等可以用趋势图(时间序列图)或管制图来评估GageStabilityTimeATimeB25评估不同时间点下的准确性或精密性之差异。時間參考值參考值稳定性差稳定性分析(Stability)稳定性好图A图B26范例-1:X-Ray稳定性追踪中，样本大小=重复量测次数(此例中，重复次数=3)稳定性分析(Stability)(例)案例操作步骤到SPC课程中安排27稳定性分析(Stability)(例)范例-2:三次元测量仪,此例中n=128输入子组的数据数路径:统计控制图子组变量控制图（S）Xbar-R。稳定性分析(Stability)(例)29造成不稳定性的可能原因仪器需要校准---缩短校准周期仪器、设备或夹具的磨损正常的老化或损坏维护保养不好：空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁基准的磨损或损坏，基准的误差不适当的校准或使用基准设定仪器质量不好—设计或符合性仪器缺少稳健的设计或方法不同的测量方法—作业准备、载入、夹紧、技巧变形（量具或零件）环境变化—温度、湿度、振动、清洁应用—零件数量、位置、操作者技能、疲劳、观测误差（易读性、视差）30重复性&再现性分析产品变异(实际变异)量测变异总变异(观测到之变异)2Total2MS2Part2Observed()量测系统的变异必须要愈小愈好2Total2MS2Part=+31量具(Gage)之重复性(repeatability)及再现性(reproducibility)研究，称为GageR&R。GageR&R分析是要估计由测量过程所造成之变异。经由GageR&R分析，测量误差可分为不同之来源，并可提供改善方向。重复性(repeatability；简称rpt)再现性(reproducibility；简称rpd)222rpdrptMS量测系统之总变异重复性之变异再现性之变异＝+重复性&再现性分析32•相同之操作员•相同的准备(set-up)•相同之对象•相同的环境在相似之情况下，重复量测相同样本所产生的变异重复性(Repeatability)分析33是指不同的操作员使用相同的量具，测量相同对象之特性所造成之变异。操作員A操作員B再现性(Reproducibility)分析34•至少3位操作员。•最少10个物件。•每一物件至少3次的重复测量。•以实际产品进行分析。•由平常执行测量之人员操作。•在平常执行测量之环境下进行分析。•使用平常工作使用之量具。样本应取自该厂具代表性的制程规