MSA培训教材——测量系统分析

1测量系统分析制作：杨养林2014/7/102课程大纲：测量系统分析的意义和目的；测量系统分析的定义：测量系统、量具、测量、测量过程；测量系统分析的基础知识：1）、测量系统的统计特性：偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性、分辨力2）、理想的测量系统3）、测量系统的共同特性4）、测量系统的评定步骤和准备计量型测量系统的分析方法1）偏倚2）稳定性3）线性4）重复性和再现性（R&R）计数型测量系统的分析方法1）小样法2）大样法3测量的重要性如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格，不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品或过程特性。因此，要保证测量结果的准确性和可信度。PROCESS原料人机法环测量测量结果合格不合格测量4测量误差Y=x+ε測量值=真值(TrueValue)+測量誤差戴明說沒有真值的存在一致5测量误差的来源：Discrimination分辨能力Precision精密度(Repeatability重复性)Accuracy准确度(Bias偏差)Damage损坏Differencesamonginstrumentsandfixtures(不同仪器和夹具间的差异)Differenceinusebyinspector不同使用人员的差异(Reproducibility再现性)Differencesamongmethodsofuse(使用不同的方法所造成差异)Differencesduetoenvironment(不同环境所造成的差异)6测量变差的原因测量系统变差零件仪器（量具）标准环境人员弹性变形弹性特性质量支持特性隐藏的几何相互关连的特性工作的定义适合的数据清洁建立维护建立的变差建立公差设计变差校准预防性维护设计使用假设稳健设计偏移稳定性线性扩大接触几何变形后果变差性GRR一致性单一性敏感性温度周期标准与环境的关系平等化热系数零件人员空气流通光线阳光人工的空气污染振动照明压力人机工程教育限制身体的工作态度程序目视标准工作的规定技能培训经验培训经验理解可追溯性几何的相容性稳定性校准热扩散特性弹性特性7为什么要进行测量系统分析即使量具经过检定或校准，由于人、机、料、法、环、测等五方面的原因，会带来测量误差。检测设备的检定或校准不能满足实际测量的需要。因此，还需要对测量系统进行评价，分析测量结果的变差，从而确定测量系统的质量，以满足测量的需要。满足QS9000、ISO/TS16949标准的要求：ISO/TS16949:2009标准7.6.1规定：为分析出现在各种测量和试验设备系统测量结果的变差，必须进行适当的统计研究。此要求必须适用于在控制计划中提及的测量系统。这些分析方法以及接收准则的使用必须符合顾客的测量系统分析参考手册。采用其他的分析方法和接受准则必须获得顾客的批准。8测量系统分析的目的运用统计分析方法，确定测量系统测量结果的变差（测量误差），了解变差的来源。从而确定一个测量系统的质量，并且为测量系统的改进提供信息。保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。9测量系统的基本知识和概念术语测量系统及其统计特性分辨力、稳定性、偏倚、重复性、再现性、线性理想的测量系统测量系统的共同特性测量系统的评定步骤和准备10术语测量：赋值给具体事物以表示他们之间的关系。而赋予的值定义为测量值。量具：任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置，包括用来测量合格／不合格的装置。测量系统：用来对被测量特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合。11测量系统的组成测量系统人机料法环操作人员量具/测量设备/工装被测的材料/样品/特性操作方法、操作程序工作的环境12测量系统的统计特性通常使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质量：Discrimination分辨力(abilitytotellthingsapart);Bias偏倚;Repeatability重复性;Reproducibility再现性;Linearity线性;Stability稳定性。13分辨力（率）定义：指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。传统是公差范围的十分之一。建议的要求是总过程6σ(标准偏差)的十分之一。T103014偏倚(Bias)：基准值观测平均值偏倚偏倚：是测量结果的观测平均值与基准值的差值。基准值的取得可以通过采用更高级别的测量设备进行多次测量，取其平均值来确定。15重复性(Repeatability)重复性重复性是由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。16再现性(Reproducibility)：再现性是由不同的评价人，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。再現性操作者B操作者C操作者A17稳定性(Stability)：稳定性时间1时间2稳定性：是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的相同特性时获得的测量值的总变差。18线性(Linearity)：量程基准值观测平均值基准值线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值19线性(Linearity)：观测的平均值基准值无偏倚有偏倚20测量系统的分析测量系统的变差类型：偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性测量系统特性可用下列方式来描述：位置：稳定性、偏倚、线性。宽度或范围：重复性、再现性。21位置和宽度位置寬度位置寬度标准值22理想的测量系统理想的测量系统在每次使用时：应只产生“正确”的测量结果。每次测量结果总应该与一个标准值相符。一个能产生理想测量结果的测量系统，应具有零方差、零偏倚和所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。23IDEALMEASUREMENTSYSTEM真值真值24测量系统所应具有的特性：测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。这可称为统计稳定性；测量系统的变异必须比制造过程的变异小；变异应小于公差带；测量精密应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变异和公差带两者中精度较高者的十分之一；测量系统统计特性可能随被被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者。25测量系统的评定第一阶段：明白该测量过程并确定该测量系统是否满足我们的需要。主要有二个目的：1）、确定该测量系统是否具有所需要的统计特性，此项必须在使用前进行。2）、发现那种环境因素对测量系统显著的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用的环境要求。第二阶段：目的是在验证一个测量系统一旦被认为是可行的，应持续具有恰当的统计特性。常见的量具R&R分析是其中的一种试验型式。26计量型测量系统研究-指南27确定线性指南进行研究线性按以下指南评价：1）选择g≥5个零件，由于过程变差，这些零件测量值覆盖量具的操作范围。2）用全尺寸检验测量每个零件以确定其基准值并确认了包括量具的操作范围。3）通常用这个仪器的操作者中的一人测量每个零件m≥10次。随机的选择零件以使评价人对测量偏倚的“记忆”最小化。28确定每一零件的观察平均值，基准值与观察平均值之间的差值为偏倚，要确定各个被选零件的偏倚。线性图就是在整个工作范围内的这些偏倚与基准值之间描绘的。如果线性图显示可用一根直线表示这些标绘点，则偏倚与基准值之间的最佳线性回归直线表示两个参数之间的线性。线性回归直线的拟合优度R2确定偏倚与基准值是否有良好的线性关系。29计算偏倚:偏倚=观测平均值–基准值过程变差=6δ画图:X軸=基准值Y軸=偏倚其方程式为:y=b+ax再分別计算其：截距，斜率，拟合度，线性，线性%等30截距=a=nxxnyxxy22)()(斜率=b=)(nxany擬合度=nyynxxnyxxyR222222)()(線性=斜率*過程變差%線性=100%{線性／過程變差}公式31系统的线性及线性百分率由回归线斜率及零件过程变差(或公差)计算得出。如果回归线有很好的线性拟合，那么可以评价线性幅度及线性百分率来确定线性是否可接受。如果回归线没有很好的线性拟合，那么可能偏倚平均值与基准有非线性关系，这需要进一步分析以判定测量系统的系统是否可接受。32线性接受准则：a.对测量特殊特性的测量系统，线性%≤5%接受，线性%5%时，不予接受。b.对测量非特殊特性的测量系统，线性%≤10%接受，线性%10%时，不予接受。如果测量系统为非线性，查找这些可能原因：在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准；最小或最大值校准量具的误差；磨损的仪器；仪器固有的设计特性。33CaseStudypmrpmrpmrpmrpmr122.7245.1365.8487.65109.1122.5243.9365.7487.75109.3122.4244.2365.9487.85109.5122.5245.0365.9487.75109.3122.7243.8366.0487.85109.4122.3243.9366.1487.85109.5122.5243.9366.0487.85109.5122.5243.9366.1487.75109.5122.4243.9366.4487.85109.6122.4244.0366.3487.55109.2122.6244.1366.0487.65109.3122.4243.8366.1487.75109.434Gagename:Dateofstudy:Reportedby:Tolerance:Misc:村夹へ2000/12/01LookTu202345678910-101MasterPartMeasurementAccuracyAverageGageLinearityGageAccuracyLinearity:%Linearity:R-Squared:Bias:%Bias:1.8433313.1670.978-5.3E-020.381LinearityAccuracy02468101214PercentofProcessVariationPercentCasestudyforlineartyanalysis35确定重复性和再现性的指南分析方法有：极差法；均值-极差法；方差分析ANOVA。36计量型GageR&R分析1.选定测量仪器1.Gage的分辨能力应是Process变动或SPEC允许误差的10%，或者是使用分辨能力更高的Gage。*分辨能力:Gage能测量读出的最小单位。例)SMTLine厚度公差=±0.02㎛时,Gage的分辨率应为≤0.002㎛2.Gage必须是验校正好的。1.Gage的选定2.Sample准备3.测量者及反复数计划4.GageR&R资料收集5.GageR&R计算6.GageR&R评价372.Sample准备1.Gage的选定2.Sample准备3.测量者及反复数计划4.GageR&R资料收集5.GageR&R计算计量型GageR&R分析1.抽样的样品应充分反应变动或SPEC范围.(5个或10个）例)产品厚度SPEC=1.01±0.23时在厚度0.78~1.24范围内选定10个产品2.对选定的Sample给编号3.样品应是现场中生产过程中取出的。在工程平均附近抽出样品测量分析结果比实际不好比工程平散步更宽的范围内抽出样品测量分析结果比实际好样品充分反应在工程散步时才有意义6.GageR&R评价383.测量者及重复数计划3.计量型GageR&R分析1.Gage的选定2.Sample准备3.测量者及重复数计划4.GageR&R资料收集5.GageR&R计算6.GageR&R评价1.测量者一般为2名或3名，且必须是本测量系统使用者2.重复测量次数也是2次或3次3.产品公差Tight时，增加测量者数和重复测量次数4.根据测量者数和重复测量次数准备记录样式测量者/测量次数部品平均1234567