测量系统分析MSA讲义

兰夫人力技术有限公司LIFEFIRETRAININGINSTITUTIONTEL：[phone]FAX：[phone]测量系统分析MSA1．测量系统的概述a)测量系统：用来对被测特性赋值的评价人、量具（设备）、零件、程序、环境、操作的组合。如何判定一种系统是测量系统？为什么要做测量系统分析？b)测量数据的用途：※分析研究※确定变量间是否存在某种显著关系计量型数据计数型数据数据的统计特征值平均值:xbar中位数（中程数）:MMd极差(全距):R标准偏/误差(标准差):MSE、SE、SD、Sc)测量数据的质量：用偏倚、方差表示※管理测量系统主要是监视和控制变差※大部分变差是不希望的，但如果测量系统不能探测到数据的变化，则不能接受。兰夫人力技术有限公司LIFEFIRETRAININGINSTITUTIONTEL：[phone]FAX：[phone]正态分布平均值μ的特性（σ=1）yμ1=-2μ0=0μ2=3-5-4-3-2-10123456x正态分布标准差σ的特性yσ1=0.5σ2=1.0σ3=1.5-5-4-3-2-1012345xd)测量系统所需的统计特性（对测量系统进行分析的前提条件）·测量系统处于统计控制之中·测量系统的变差小于过变差，小于容差·测量系统最大变差小于过程变差，容差二者中的较小者·测量精度=过程变差、容差二者中较小者的10%※一个具有零偏倚、零方差的测量系统，不一定适合于要求低概率的错误分类的数据测量兰夫人力技术有限公司LIFEFIRETRAININGINSTITUTIONTEL：[phone]FAX：[phone]验证测量系统测量正确的变量（I阶段试验）确定测量系统具有所需统计特性（I阶段试验）确定环境因素对测量系统的显著影响（I阶段试验）验证测量系统的GR&R（II阶段试验）确定评定职责、周期选择待测项目及其典型的试验环境应用的规范收集记录分析数据的要求说明确定试验所需时间、成本等对术语做定义收集、管理所用的测量标准考虑肓测是否对比两系统的测量结果※理想的统计特性:零偏倚、零方差、零概率的错误分类e)测量系统评定（分析）的通用指南f)MSA程序，而MSA的选用流程见4.1.3.注：II阶段试验的周期取决于单个测量系统的统计特性、对该设备的影响和使用该设备生产的顾客2.评定测量系统的程序兰夫人力技术有限公司LIFEFIRETRAININGINSTITUTIONTEL：[phone]FAX：[phone]引言2.1.1基本概念测量系统应具良好的准确性、精确性，分别用偏倚、波动来表征：a）偏倚（常被称“准确度”）：xbar-真实值（基准值）（更高级别的设备如:计量实验室或全尺寸检验设备多次测量结果的平均值）；b）波动：用σm或过程波动PV（99%测量结果所占区间的长度5.15σm）；c）观察到的波动：过程波动、测量系统波动,具体见图4-1.2d）评价测量系统的指标：分辨力、稳定性、偏倚、GR&R、线性。e)测量系统变差的类型（前三者代表位置（准确度），后二者代表宽度或范围（精确度））稳定性测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差，如图4-4所示。偏倚：见前述,如图4-1.6所示线性在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值，如图4-5所示。重复性尽可能相同条件下，由一个评价人，采用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差，如图4-2所示。再现性各种可能变化的条件下(改变测量人员、测量方法、测量中工装、被测件的放置位置、测量地点、测量时间),同一被测对象测量结果兰夫人力技术有限公司LIFEFIRETRAININGINSTITUTIONTEL：[phone]FAX：[phone]之间的一致性，典型的是：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，如图4-3所示。2.1.2测量系统的分辨力/率a）分类可视分辨率（ApparentResolution）：反映被测量最小增量变化的能力，多用于广告。显示的位数不一定表示可视分辨率，如对零件的测量值为29.075,29.080,29.085…等,该仪器的可视分辨率为0.005.有效分辨率（EffectiveResolution）：考虑整个测量系统变差时的数据分级数据组数=1.41σp/σm=1.41PV/GR&R（97%的置信水平）（σp/σm为信噪比）对于单个读数系统，分辨率（Discrimination）取AR、ER中较大的注：测量系统分辨率受测量仪器及整个测量系统其他来源的变差的影响。b）分辨力·测量系统的可视分辨率≤6倍过程标准差或过程波动PV或容差（USL-LSL）的10%；·对连续型测量数据，常用测量结果的最小间距作为可视分辨力（并非一定是）；·数据组数≥5，测量系统具有足够的分辨力，3~4,在R控制图上表现为：图形粗糙，仅有极少几个不同的极差值。=2，等效于计数型数据，不能用于参数估计及指数估计Cpk兰夫人力技术有限公司LIFEFIRETRAININGINSTITUTIONTEL：[phone]FAX：[phone]=1，用这样的测量系统分析、控制过程将是无价值的；具体见图4-1.1判定测量系统分辨率是否足够的方法，判定准则判定分辨力不足方法和判定准则为a)极差图：可能≤3个极差值在控制限内或可能4个极差值在控制限内且超过25%的极差为0；b)均值图:小于一半的平均值落在控制限外(零件相似除外)，则说明分辨力不足；c)数据组数5d)测量系统的可视分辨率6倍过程标准差或过程波动PV或容差（USL-LSL）的10%；注；极差图中可能≤3个极差值在控制限内或可能4个极差值在控制限内且超过25%的极差为0或均值图中小于一半的平均值落在控制限外，说明分辨力不足或零件变差小于测量系统变差或样本不能代表预期过程变差。2.2测量系统研究的准备2.2.1测量系统研究前典型的准备a)确定准备使用的方法,是用量具研究、测试还是工程决策；b)确定评价人：从日常操作该仪器的人中挑选，如评价人对测量装置的校准可能是变差的明显原因，则评价人在每组读数之前应重新校准设备；c)确定研究人：对工作负责d)确定仪器的分辨力：至少为预期过程变差的十分之一；兰夫人力技术有限公司LIFEFIRETRAININGINSTITUTIONTEL：[phone]FAX：[phone]e)确定样品的要求：从过程中选取代表整个工作范围的样品，编号且评价人不易觉察，以减小测量偏倚样品数——尺寸的关键性——关键尺寸需要更多的样品——样品/零件结构——大或重的零件可规定较少样品f)选择待测项目及其典型的试验环境应用的规范;g)确保测量方法（即评价人和仪器）在按规定的测量流程测量特征尺寸；h)确定重复读数的次数；尺寸的关键性——关键尺寸需要更多的试验，样品/零件结构——大或重的零件可规定较多试验。i)选择待测项目及其典型的试验环境应用的规范;j)考虑肓测k)收集记录分析数据的要求说明l)收集、管理所用的测量标准m)确定试验所需时间、成本等2.2.2确保测量统计独立性的要求a)研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行；b)测量应按照随机顺序，评价人不应知道正在检查零件的编号，研究人应知道正在检查哪一零件；c)可能时读数应取最小刻度的一半；d)每一位评价人应采用相同方法(含所有步骤)来获得读数。兰夫人力技术有限公司LIFEFIRETRAININGINSTITUTIONTEL：[phone]FAX：[phone]计量型测量系统研究指南2.3.1稳定性的分析确定使用xbar-s，xbar-R图来分析测量系统的稳定性。R图失控,代表重复性不稳定,如仪器什么东西松动,气路阻塞,电压变化xbar图失控,代表不再正确地测量,偏倚已变.过程稳定性分析的工具有链图及控制图2.3.1.1链图检验过程数据有无随时间分布的特点及趋势,并初步检验有无特殊原因所造成的非随机分布,其主要的五个分析重点为:趋势、振荡、混合、聚集、周期性循环。a)趋势过程数据值持续地朝上朝下改变，即图上的点在同一方向连续移动——机床设定值偏离、工具松动——零件逐渐磨损——药液逐渐失效——温、湿度逐渐改变b)振荡过程突然改变、跳动，过程呈现不稳定状态——新的操作者、测量方法改变、异常读数的存在,零件与评价人间的交互作用——机器方面小故障——进料波动加大兰夫人力技术有限公司LIFEFIRETRAININGINSTITUTIONTEL：[phone]FAX：[phone]——预期或非预期的过程设定改变c)混合——操作或测量人员不同、测试方法不一样；——设备不一样，两台或两台以上的机器使用同一控制图，不同的原料来源d)聚集——测量误差，抽取到不良样品e)周期性循环在控制图上的点显现出一个波状或周期性的高低点—操作者周期性轮换，周期性机床，进料季节性影响，温、湿度循环性影响2.3.1.2控制图a)总则：SPC——StatisticalProcessControl的缩写，即统计过程控制的意思，又名SQC，起源于20世纪三、四十年代b)作用对工序进行品质管制分析判断工序是否处于稳定状态准确且精确精确但不准确准确但不精确···················兰夫人力技术有限公司LIFEFIRETRAININGINSTITUTIONTEL：[phone]FAX：[phone]c)控制图的基本形式UCL时间或组号LCL注：3倍标准差能将偶然波动与异常波动区分开d)控制图的选用流程3倍标准差3倍标准差品质特性确定要控制的特性是计量型数据吗？样本容量是否恒定？使用P图样本容量是否恒定？使用u图性质上是否均匀或不能按子组取样一例如：化学槽液、批量油漆？便于计算Xbar使用中位数图使用np或p图使用c或u图子组容量是否大于等于9使用X-R图是否能方便地计算每个子组的S值使用X-R图使用X-S使用单值图X-MR是否否是是是否否是否否是是否否是是关心的是不合格率一即“坏”产品的百分比吗？关心的是不合格数即单位产品不合格数兰夫人力技术有限公司LIFEFIRETRAININGINSTITUTIONTEL：[phone]FAX：[phone]e)控制图的分类:常规控制图（休哈特控制图）可分为：平均值、极差控制图：Xbar-R平均值、标准值控制图：Xbar-S单值、移动极差控制：X-MR中值、极差控制图：Xmedian-R不合格品率控制图：p不合格品数控制图（要求样本数相同）：pn单位不合格数控制图：u不合格数控制图（要求样本数相同）：c按用途分：分析用、管理用控制图f)控制图的分析、判断判断过程是否处于控制状态，会有两种错误：Ⅰ类错误（typeⅠError，生产者风险）:过程本来处于受控，却判为失控，以α表示Ⅱ类错误（typeⅡError，消费者风险）:过程本来处于失控，却判为受控，以β表示用控制图识别生产过程的状态，主要是根据样本数据形成的样本点位置以及变化趋势进行分析、判断。如下图A所示为典型的受控状态，而失控状态表现在以下两个方面：样本点超出控制界限；样本点在控制界限内，但排列异常。f.1)受控状态的准则（判稳准则）如下图B所示，如果控制图上所有的点都在控制界限以内，而且排列正常，说明生产过程处于统计控制状态。休哈特控制图的ISO8258准则：——25点都在控制界限之内（α1=0.0654）——连续35点中仅一点出界（α2=0.0041）——连续100点最多两点出界（α3=0.0026）。计量值计数值按测定值性质分兰夫人力技术有限公司LIFEFIRETRAININGINSTITUTIONTEL：[phone]FAX：[phone]图15：UCLLCL—