量测系统分析(MSA)

1量测系统分析(MSA)目录第1章量测系统介绍1.1概述、目的、术语11.2量测系统之统计特性21.3量测系统的标准31.4量测系统的通则31.5选择/制定检定方法3第2章量测系统之评价2.1概述52.1.1鉴别力52.1.2量测系统变异的类型72.2量测系统分析82.2.1再现性82.2.2再生性92.2.3零性间变异102.2.4偏性102.2.5稳定性112.2.6线性132.2.7范例说明152.3量测系统研究之准备202.4计量值量测系统之研究212.4.1稳定性之准则212.4.2偏性之准则212.4.2.1独立取样法212.4.2.2图表法222.4.2.3分析232.4.3再现性与再生性之准则232.4.3.1全距法2322.4.3.2平均值与全距法232.4.3.2.1执行研究242.4.3.2.2图表分析262.4.3.2.3计算及研究342.4.3.3变异数分析法382.5量具绩效曲线432.6计数值量具研究472.6.1短期法472.6.2长期法48第3章附录3.1标准常态分配表523.2常数表543.3如何适当的选用量测系统分析流程553.4表格561量测系统分析3.0版(MeasurementSystemAnalysis)第1章量测系统介绍1.1概述、目的、术语1.1.1概述我们知道，一个制程的状况必须经由量测来获取相关信息，因此量测数据将会决定制程是否应被调整，如果统计结果，制程超出管制界限，即制程能力不足时，则须对制程作某些调整，否则，制程将会在无调节的状态下运作。量测数据的另一用途是可以检视二个或更多变异彼此之间是否存在某种关系性，如塑料件的尺寸将与进料温度有关。因此，量测数据的品质对于制程分析结果占有相当重要的因素，为了确保分析结果不致对制程误判，就必须重视数据的品质。量测数据品质与制程是否在稳定状况下所获得的多种量测有关，若在稳定状况下所获得某一特性的量测数据，其结果”近似于”该特性的标准值，则数据品质可谓”高”；若某些或全部数据偏离标准值甚远，则数据品质可谓”低”。常用于表示数据品质高低的统计特性有偏差与方差，所谓偏差是指量测数据平均值与标准值之差异；所谓方差则是指量测数据本身之间差异。如果数据品质是不可接受，则必须加以改进，然而这常常应改进量测系统本身，而非改进数据。因此，对于量测系统品质的评估，是极其重要的，其评价程序应包括设计及验证长时间的能力评价追溯标准作业定义管制维修及再验证21.1.2目的本篇的目的在于说明评价量测系统品质之准则，虽然也可以运用在其它量测系统上，但主要还是以使用在工业界制程的量测系统为主，且特性数据可重复读取。1.1.3术语量测（Measurement）：对某具体事物赋予数据，以表示他们对于特定特性之间的关系。赋予数据的过程称为量测过程，而数据称为量测值。量具（Gage）：任一可用以量测之设备，通常是用以特别称呼使用在生产现场者，包括GO/NO-GO设备。量测系统（MeasurementSystem）：操作、准则、量具和其它设备、软件及指定之一群待量测之集合，经由完整程序而取得量测值。1.2量测系统之统计特性理想之量测系统是一个具有零偏差、零变异的统计特性，但很不幸的是，这种理想的量测系统几乎很少见的，因此，我们必须存在一个观念，就是当在决策时，必须考虑到所依据的是一个非理想统计特性之量测系统。所以设备管理之责任是确认当每一量测系统被使用时都具有适当的统计特性。虽然每一量测系统可能需具备一些各别的统计特性，但下列举出五项所有量测系统必备的统计特性：(1)量测系统须在统计管制下，亦即量测纟统之变异仅根源于共同原因，而非特殊原因。(2)量测系统的变异必须小于制程变异。(3)量测系统的变异必须小于规格界限。(4)量测之最小刻度必须小于制程变异或规格界限之较小者，一个通用的法则是：最小刻度应小于制程变异或规格界限较小者之1/10。(5)因量测项目的改变，量测系统之统计特性可能变更，但最大的量测系统变异必须小于制程变异或规格界限较小者。31.3量测系统的标准量测标准分级中，最高级为国家级标准，由国家级标准对应的次一级标准，称为初级，通常由政府部门或学术机构取得，当然私人公司亦可由国家级标准取得初级的对应。但因初级标准常常显得太昂贵，故又可对应至次一级标准，称为第二级标准，通常由一般私人企业所取得。第二级标准又可被对应到另一级，称为作业标准，本级常用于调整在生产中使用的量测系统，又称为生产标准。总之，不采用可追溯之标准而去确定一个量测系统的精度是难以被接受的，尤其是当生产者与客户之间的量测可能不统一而产生冲突时，更显得可追溯的量测标准之信赖度的重要。1.4量测系统的通则每一量测系统均应被评估以决定是否适用于预期之工作。通常以两阶段来评估，第一阶段评估是执行测试以决定量测系统是否具有需求之统计特性，以执行被要求之工作，又称为阶段一评估。第二阶段评估是执行定期之检定以决定此一量测系统是否维持在可接受状态，即使量测系统例行执行保养及/或再校正、再检定，又称为阶段二评估。量测系统之测试方法应有书面化程序，包含：范例选择量测项目之规格及执行测试的环境。规定数据收集、记录及分析之方式。定义重要条件及原则之作业方式。追溯之标准。1.5选择/制定检定方法当选择或制定检定方法时，一般考虑之因素如下：(1)是否使用可追溯国家标准之标准？其适用标准是何级水准？标准通常为评估量测系统精确度之基本。(2)在阶段二评估测试时，应采用盲目测量或是易于取得量测值的方式。所谓盲目测试是指当作业者执行量测时，事先不知被测物是否有任何不同，而在实际的量测环境下执行量测。(3)检定之成本。4(4)检定所需之时间。(5)对于非众所皆知的条文应予以定义，如再现性、再生性….等。(6)是否此量测系统所取得之量测将用以比较其它量测系统所取得之量测？如是，则其中之一的量测系统应考虑采用可追溯(1)项标准之检定方法。(7)阶段二评估之频率，应视该量测系统之统计特性对设施之重要性而定。5第2章量测系统之评价准则2.1概述评估一量测系统时，应确定三项基本问题。(A)本量测系统是否具备适当的鉴别力？(B)是否具有全时的统计稳定性？(C)量测误差(变异)是否微小？2.1.1鉴别力量测系统能发现并真实地表示被测特性很小变化之能力，称为鉴别力。如最小的量测刻度太大而不足以辨别制程变异，则为鉴别力不足。鉴别力不足的象征将会在R-CHART上显现出来，因此，若使用鉴别力不足的量测系统所表现的R-CHART，将可能造成型I误差。下图将介绍不同鉴别力之量测系统，所能对制程做不同的管制。鉴别力计量值管制计数值管制制程分配只用1种数据分级只能显示其制程主要变异来自于平均值偏移不可用于估计制程参数与指数只能显示制程生产符合或不符合产品制程分配用2~4种数据分级只能用于制程变异较大的管制不可用于估计制程参数与指数只能提供粗糙的估计制程分配用5种以上数据分级能与管制图一起使用被推荐6图1.制程分配在区别分类数（NumberofDistinctCategories,ndc）上对管制与分析的影响7图2可说明鉴别力不足的量测系统被使用在制程上的例子图2制程管制图－0.144－－－－0.140－－－－0.136－平均值（X）0.13571（LCL）0.14555（UCL）－0.144－－0.140－－0.136平均值（X）0.1431（UCL）0.1357（LCL）－－－－－－－－－－－－－－－－－－－0.01810（UCL）0.0200.0100(a)量测值之最小刻度为0.001的管制图全距R(b)量测值之最小刻度为0.01的管制图全距－0.02－0.01－0R8管制图(a)为量测刻度0.001的量测值；(b)为量测刻度0.01的量测值。当R值只有1、2或3个值落在管制界限内，或R值虽有4个落在管制界限内，但超过1/4的R值为0，则此量测系统为鉴别力不足，如管制图(b)92.1.2量测系统变异的类型(删除2.1.2.3零件间变异)2.1.2.1再现性(量具变异)(Repeatability)－同一人使用同一量具量测同一零件之相同特性多次所得变异。2.1.2.2再生性(人的变异)(Reproducibility)－不同人使用同一量具量测同一零件之相同特性所得之变异。2.1.2.3稳定性(Stability)－同一人使用同一量具于不同时间在同一地点量测同一零件之相同特性所得之变异。3.1.2.4偏性(Bias)－同一人使用同一量具量测同一零件之相同特性多次所得平均值与工具室或精密仪器量测同一零件之相同特性所得之再现性Repeatability再生性Reproducibility操作者A操作者B操作者C观测平均值参考值偏性时间2时间1稳定性10真值或参考值之间的偏差值2.1.2.5线性(Linearity)－指量具各作业范围之偏性。偏性参考值观测平均值不偏112.2量测系统分析2.2.1再现性指量具变异本身是定值，因量具本身误差及产品在量具之位置差，则构成量测再现性差异。如R-CHART在管制状态下，则再现性之标准差或量具变异估计值eRd2*量具变异或再现性EVRde5155152..*其中5.15表示在常态分配中具有99﹪信赖度(即99﹪信赖度=5.15，可用5.15/2=2.575查附录3.1得出=0.005，故信赖区间=1－0.005×2)(d2*查附录3.2)。如果量测系统再现性不足，可能原因是：零件内部（抽样样本）：形状、位置、表面光度、锥度、样本的一致性。仪器内部：维修、磨损、设备或夹具的失效、品质或保养不好。标准内部：品质、等级、磨损。方法内部：作业准备、技巧、归零、固定夹持、点密度的变异。评价者内部：技巧、位置、缺乏经验、操作技能或培训、意识、疲劳。环境内部：对温度、湿度、振动、清洁的小幅度波动。错误的假设—稳定，适当的操作。缺乏稳健的仪器设计或方法，一致性不好。量具误用。失真（量具或零件）、缺乏坚固性。应用—零件数量、位置、观测误差（易读性、视差）。122.2.2再生性指作业者变异是定值，由X－CHART中比较每一平均值可发现。再生性或作业者变异之估计标准差ooRd2*作业者变异或再生性o*2oσ15.5dR15.5AVRo为某一作业者最大平均全距与最小平均全距之差，但再生性受量具变异之影响，故必须减去量具变异，即调整后AVAVEVnrnroe()()()(.)(.)原2222515515oAV/.515n:零件数r:量测次数如果测量系统再生性不足，可能原因是：零件之间（抽样样本）：使用相同的仪器、操作者和方法测量A、B、C零件类型时的平均差异。仪器之间：在相同零件、操作者和环境下使用A、B、C仪器测量的平均值差异。注意：在这种情况下，再现性误差通常还混有方法和/或操作者的误差。标准之间：在测量过程中，不同的设定标准的平均影响。方法之间：由于改变测量点密度、手动或自动系统、归零、固定或夹紧方法等所造成的平均值差异。评价者（操作者）之间：评价者A、B、C之间由于培训、技巧、技能和经验所造成的平均值差异。推荐在为产品和过程鉴定和使用手动测量仪器时使用这种研究方法。环境之间：在经过1、2、3等时段所进行的测量，由于环境周期所造成的平均值差异。这种研究常用在使用高度自动化测量系统对产品和过程的鉴定。研究中的假设有误。缺乏稳健的仪器设计或方法。操作者培训的有效性。13应用—零件数量、位置、观测误差（易读性、视差）。2.2.3零件间变异可由X－CHART发现，若组平均值无落在管制界限外，则零件间变异隐藏在再现性内，且量测变异支配制程变异。反之，若有过半的平均值落在管制界限外，则此量测系统被认为是适用的。若量测程序是定值(R-CHART在管制状态下)且能鉴别零件间变异(X－CHART之过半点落于管制界限外)，则能估计量测系统标准差meo()22，而零件间标准差ppRd2*故零性间变异PVRdpp