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測量系統分析(MSA)楊彥秀主任工程師電機電子環境發展協會(CED)目錄•第一章•第A節引言.目的及朮語•第B節測量過程•第C節測量策略和規划•第D節測量資源的開發•第E節測量問題•第F節測量不確定度•第二章•第A節背景•第B節測量系統研究的備用•第C節結果分析•第D節量測系統變異分析第一章-第A節引言﹐目的的及朮語•引言﹕測量數據的品質•數據的品質取決於穩定條件下進行操作的測量系統中﹐多次測量的統計特性。通常用來描述測量數據品質的統計特性是某測量系統的偏倚及變異。•被稱為偏倚的統計特微指的是數據值相對於參考(基准)值的位置。而被稱為變異的特性指的是數據的分布寬度。如果交互作用產生有變異過大﹐那么數據有品質會太低﹐從而造成測量數據無法利用。第一章-第A節引言,目的及朮語•目的•本手冊的目的是為評估測量系統的品質提供指南。盡管這指南一般而言可用於任何測量系統﹐但主要意圖是用於工業界的測量系統。•本文件并不意圖成為對所有測量系統的一種分析縱覽﹔而是主要用於那些對於每個零件的數據可以重復讀取的測量系統。•許多分析對於其他形式的測量系統也是很有用的﹐且本手冊的確包含了參考意見和建議。對於更復雜的或不常用的方法本手冊沒有討論﹐建議使用者參考事宜的統計資源。•本手冊也不涵蓋顧客對測量分析方法。第一章-第A節引言.目的及朮語•朮語在本手冊中使用了以下朮語﹕•測量(Measurement)•被定義為”對某具體事物附與數字(或數值)﹐以表示它們對於特定特性之間的關系”。這定義由C.Eisenhart(1963)首次提出。賦予數字的過•程被定義為測量過程﹐而數值的指定被定義為測量值。•量測(Gage):•是指任何用來獲得測量結果的裝置。經常是特別用在工場現場的裝•置﹐包括go/nogo量規。•測量系統(Measurementsystem):•是對測量單元進行量化或對被測的特性進行評估﹐其所使用的儀器或•量具,標准﹑操作.﹑方法﹑夾具﹑軟體﹑人員﹑環境及假設的集合﹔•也就是說﹐用來獲得測量結果的整個過程。第一章-第A節引言﹑目的及朮語•其它朮語匯總•標准(Stansard)•用於比較的可接受基准•接受的准則•一已知數值﹐在不確定度的指定范圍內﹐被接受而唯一真值•參考值第一章-第A節引言﹑目的及朮語•基本的設備(Basicequipment)•分辨力(Discrimimation)﹑可讀性(Readab•ility)﹑解析度(Resoiution)•√別名﹕最小可讀單位﹑測量解析度﹑最小刻度極限或探測的最小極限•√由設計所確定的固有特微•√一個儀器測量或輸出的最小刻度單位•√通常被顯示為測量單位•√10比1的比例法則第一章-第A節引言﹑目的及朮語•有效解析度(Effectiveresolution)•√特定應用條件下﹐一個測量系統對過程變異的敏感度•√可以導致測量有用的輸出信號的最小輸入•√通常被描述為一個測量單元•基准值(Reference)•√人為規定的可接受值•√需要一個可操作的定義•√作為真值的替代•真值(Truevalue)•√物品的實際值•√未知的和不可知的第一章-第A節引言﹑目的及朮語•位置變異(Locationvariation)•准確度•√與真值或可接受的參考值”接近”的程度•√在ASTM包括位置和寬度誤差的影響偏移(Bias)√測量的觀測平均值和基准值之間的差異√測量系統的系統誤差分量偏倚測量系統平均值參考值第一章-第A節引言﹑目的及朮語•穩定性(Stability)•√隨時間變化的偏移值•√一個穩定的測量過程在位置方面是處于統計上受控制狀態•√別名﹕漂移線性(Linearity)√在量具正常工作量程內的偏移變化量√多個獨立的偏移誤差在量具工作量程內的關系√是測量系統的系統誤差所構成基准值時間偏倚偏倚尺寸1尺寸2第一章-第A節引言﹑目的及朮語•寬度變異(Widthwariation)•●精密度(Precision)•√每個重復讀數之間的”接近”程度•√是測量系統的隨機誤差所構成•●重復性(Repeatability)•√一個評價者使用一件測量儀器﹐對同上零件的某一特性進行多次測量下的變異•√是在固定的和已定義的測量條件下﹐連續(短期內)多次測量中的變異•√通常被稱為E.V.設備變異•√設備(量具)能力或潛能•√系統內部變異第一章-第A節引言﹑目的及朮語•●再現性(Reprouciblity)•√不同評價者使用相同的量具﹐測量一個零件的一個特性的測量平均值的變異。•√在對產品和過程進行評監時﹐誤差可能是評價者﹑環境(時間)或方法•√通常被稱為A.V.-評價者變異•√系統之間(條件)的誤差•√在ASTME456-96包括﹕重復性﹑實驗室﹑環境以及評價者影響第一章-第A節引言﹑目的及朮語•●GRR或量具的重復性(再生性)和再現性(GageR&R)•√量具的重復性和再現性﹕測量系統重復性和再現性合成的聯合估計值•√測量系統能力﹕取決於所用的方法﹐可能包括或不包括時間的影響•●測量系統能力(MeasurementSystemCapability)•√測量系統變異的短期估計值(例﹕”GRR”,包括圖表法)•●測量系統性能(MeasurementSystemperformance)•√測量系統變異的長期估計值(例﹕長期控制圖發)第一章-第A節引言﹑目的及朮語第一章-第A節引言﹑目的及朮語•●靈敏度(Sensitivity)√能導致可探測到的輸出信號的最小輸入√測量系統被測特性變化的感應度√取決於量具設計(分辯力)﹑固有品質(OEM)﹑使用其間的維修﹐以及測量儀器與標准的操作情況√通常被描述為一種測量單位報告●一致性(Consistency)√隨時間重復性變化的程度√一致的測量過程是在寬度(變異)方面處於統計上受控制狀態●均一性(Uniformity)√在正常工作范圍內重復性的變化√重復性的同意詞第一章-第A節引言﹑目的及朮語•系統變異(Systemvariation)•測量系統變異可以具有如下特征﹕•●能力(Capability)•√短期內讀數的變化量•●性能(Performance)•√長期讀數的變異性•√以總變異為基礎•●不確定度(Uncertinty)•√有關被測值的數值估計范圍﹐相信真值都被包括在該范圍內第一章-第A節引言﹑目的及朮語•可追溯性(Traceadility)•可溯源性在ISO國際基本和通用的度量衡朮語辭匯中的定義為﹕•“透過一個完整的比較鏈追溯到規定的參考標准(通常是國家或國際標准)的測量特性或標准值﹐都具有一定的不確定度”。第一章-第A節引言﹑目的及朮語國家標准參考標准工作標准生產用量具波長的標准相互標准的比較測定儀鐳射光測量一標准塊規/比較測定儀三次元測量儀塊規量具裝置分厘卡尺第一章-第A節引言﹑目的及朮語•為了有效地管理任何過程變異﹐需要以下知識﹕•●過程應該做什么•●會出什么錯•●過程正在做什么測量過程被管理的過程測量數值分析決定第一章-第A節引言﹑目的及朮語•定義系統的統計特性•定義一個”好”的測量系統。包括﹕•1)具有足夠的分辨力和敏感度•2)測量系統應處於統計上受控狀態•3)為了產品控制﹐測量系統的變異必須小於規格限值。以特性的公差來評估測量系統•4)為了過程控制﹐測量系統的變異應該能証明具有效有分辨力﹐并且小於制造過程的變異第一章-第B節測量過程第一章-第B節測量過程•測試系統變異的影響•由於測量系統會被不同的變異來源影響﹐相同零件的重復讀值不會有相同的產出與結果﹐每個讀值之間不相同是因為普通和特殊原因變異造成的。•由於我們是用測量系統的輸出來對某產品和過程做出決策﹐這所有變異來源的累積效應通常被稱為[測量系統誤差]﹐或有時簡單地稱為“誤差”.第一章-第B節測量過程•對過程決策的影響生產用量具的變異實際的過程變異觀察至的過程變異第一章-第C節測量的策略和規划•在設計和采購測量設備或系統前﹐進行規划是相當關鍵的。在規划階段所做的許多決定會影響測量設備的傾向和選擇。•測量的目的是什么?如何來使用測量的結果?規划階段將解決這些問題并且對測量過程的操作產生顯著的影響﹐同時可以減少可能出現的問題以及以后的測量誤差.第一章-第C節測量的策略和規划•與測量規划有關的几個需考慮的其他問題﹕•誰應加入“需要”分析中?流程圖和最初的討論將有利於關鍵項目的識別。•為什么要采取量測?及如何被使用?數據是否用來控制﹑分類﹑資格驗証等?測量的應用方式會改變測量系統的敏感度等級。•需要什么級別的敏感度?產品規格是什么?預期的過程變異是什么?需要用量具檢測的零件之間差別有多少?第一章-第C節測量的策略和規划•與測量規划有關的几個需考慮的其他問題﹕•需要對量具提供那些資訊(例如﹐使用手冊-操作﹑維護等)?需要操作者具備哪些基本技能?誰來實施這培訓?•如何進行量測?是否可以進行人工測量?在移動的輸送帶上?離線測量?自動測量?零件的位置和固定是否是可能的變異來源?接觸或非接觸測量?•測量在何時何地進行?零件是否被清潔﹑涂油﹑加熱等?第一章-第D節測量資源的開發•引言•開發一測量過程報價方案的過程﹐獲得對報價方案的回復﹑裁定專案﹑完成最終設計﹑開發測量過程﹐并在最后將已建立的測量過程與生產過程互相結合。•應該將它納入先期產品品質規划(APQP)小組的整體果架構下管理。•測量過程已經被概略的設計完成之后﹐便可以開始量測過程/系統的相關采購活動。第一章-第D節測量資源的開發•評估報價單•得到報價單后﹐小組成員要聚集在一起對它們進行審查和評價。要注意以下項目﹕•是否符合基本的要求?•是否有任何明顯的顧慮?•是否有任何的供應商提出了異常的情況﹐為什么?(異常情況可能中對價格或交付方面的重大偏離-沒有必要把這個看成一各負面因素—一個供應商可能已經發現了其他供應商所忽視的地方)•概念是否提升了簡單易懂且可維修性?概念報價核准第一章-第D節測量資源的開發•在供應商處的鑒定•適用情況下﹐在測量系統供應商交付之前﹐應付量具或測量系統進行全尺寸的檢驗和功能試驗。因此明顯的﹐被選擇的供應商必須在生產現場具有合格的測量設備和人員﹐以便完成以上工作﹔如果無法進行﹐必須實先安排一個合格的外部獨立實驗室來完成這些工作。這種全尺寸所執行和/或實驗應該是基於顧客的設計和制造標准要求下所執行結果﹐并且應完全記錄下來以供顧客審查.•●初始MSA研究目的﹕•√量具重復性(GR16)與量具重復性和再現性(GRR)的比較•√偏移和/或線性的評估•√顧客對測量目的的評估•●研究中的零件數﹑測量次數和操作者的數量•√接受准則•●利用供應商人員和顧客人員有比較•●人員所需要的培訓•√他們有資格嗎?•√他們理解意圖嗎?•√可能需要使用什么軟體?第一章-第D節測量資源的開發第一章-第D節測量資源的開發•文件交付•●使用者手冊•√維護/服務手冊•√備用零件清單•√問題診斷指南•●校准說明書•●其他特別需要考慮的事項第一章-第D節測量資源的開發•引言﹕•當評估一個測量系統時必須討論三個基本問題﹕•1)測量系統必須証明有足夠的敏感度•2)這測量系統必須穩定•3)統計的特性(誤差)要一直保持在期望的范圍內﹐并且足以滿足測量的目的(產品控制或過程控制)第一章-第D節測量資源的開發•變異的定義和潛在的來源•位置變異•准確度•通用的正確說法﹐它是指一個或多個測量結果的平值與一個參考值之間一致的接近程度。測量過程必須於統計控狀態﹐否則談過程的准確度就沒有意義。第一章-第D節測量資源的開發•偏倚•偏倚通常被稱作“准確度”。由於“准確度”有多種意思﹐建議不要用准確度來代替偏倚。•偏倚是指對相同零件上同一特性的觀測平均值(參考值)的差異。•偏倚是測量系統的系統誤差的測量。它是由所有已知或未知的變異來源所共同影響的總偏差所造成﹐這些促使在某一測量時期內重復的應用相同測量過程時﹐所有結果恆定的且可預測的呈現偏置的總便差趨向。偏倚測量系統平均值參考值•造成過大的偏倚的可能原因有﹕•儀器需要校准•儀器﹑設備或夾具磨損•基准的磨損或損壞﹐基准偏差•不適當的校准或使用基准設定•儀器品質不良?設計或符合性•線性誤差•