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MeasurementSystemsAnalysis--ThirdEditionAccordingtoAIAG’s(QS9000)MSAManual测量系统分析--MSA为顾客创造价值2Introduction2020年4月17日星期五基本概念：测量•每个过程都制造一个产品•每个产品都拥有质量•每个质量特性都能够测量•测量（Measurement）：“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”。赋予数字的过程被称为测量过程，而数值的指定被定义为测量值。3Introduction2020年4月17日星期五基本概念：测量系统测量系统（MeasurementSystem）：不仅指量具•是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。•例如要测量一个柱孔的内径，那其测量系统应包括：---测量项目：内径---人员：操作者---测量仪器：卡尺等---仪器的使用方法：操作指导书---进行测量的环境条件：….作为测量活动的结果，产生一个数值以表示内经。4Introduction2020年4月17日星期五测量的重要性：质量结果的质量•产品控制：产品的好坏•过程控制：过程是否需调整•分析研究：过程改进•如果测量的方式不对，那么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。PROCESS原料人机法环測量測量結果好不好測量调整5Introduction2020年4月17日星期五基本概念：测量过程•什么是测量过程的产品？•这个产品的质量特性有哪些？•我们用什么来测量这些特性？•规范和工程要求规定过程应该作什么？被管理的过程测量过程测量分析决定•评估过程参数或结果的检验活动本身是一个过程---测量过程黑箱操作6Introduction2020年4月17日星期五基本概念：测量过程变差•每个过程都会有变差；•变差总和=产品变差+测量变差；•一些变差是系统内在固有的•一些变差是系统执行过程中过失所带来的数值（产品）测量过程（制造过程）输出期望实际：测量值精度误差均值真值：被测对象客观存在的实际值，理论上讲，这个值是客观存在却是不可知的。（用参考值代替）7Introduction2020年4月17日星期五测量过程变差的分类•变差是不可避免的。•测量过程变差同样可分为位置变差与宽度变差。（正态分布的假设）位置变差准确度（偏倚）稳定性线性宽度变差精确度重复性再现性敏感度一致性均一性位置宽度•还是SPC……8Introduction2020年4月17日星期五测量过程变差来源•测量过程变差测量样本采集样本准备材料操作者方法培训习惯视力人机工程检验方法技巧标准工具环境分辨率校准重复性线性偏倚震动温度湿度照明9Introduction2020年4月17日星期五测量误差的来源•仪器方面：–Discrimination(分辩力)–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)•不同检验者的差异Differenceinusebyinspector(Reproducibility再现性)–训练–技能–疲劳–无聊–眼力–舒适–检验的速度–指导书的误解10Introduction2020年4月17日星期五测量误差的来源•不同环境所造成的差异：（Differencesduetoenvironment）–温度–湿度–振动–照明–腐蚀–污染(油脂)•方法方面：（Differencesamongmethodsofuse)–测试方法–测试标准•材料方面：–准备的样本本身有差异–收集的样本本身有差异11Introduction2020年4月17日星期五测量系统的偏差:计数型请评判每支铅笔为“盾”还是“尖”铅笔评审A评审B12345678910评审C1234567891012Introduction2020年4月17日星期五测量系统变差对产品决策的影响•无论何时任何零件的测量布区域与规范限值重迭时，有时可能会做出错误的决定。第第11类区域类区域坏零件永远被称为坏零件坏零件永远被称为坏零件第第22类区域类区域可能做出潜在的错误决定可能做出潜在的错误决定第第33类区域类区域好零件永远被称为好零件好零件永远被称为好零件IIIIIII目标IILSLUSLMS变差MS变差•我们如何做能保证对产品状态做出正确的决定呢？13Introduction2020年4月17日星期五测量的风险:如果测量系统误差为±5•实际合格品II很小,能保证测量出的不良品MS变差:没准IIIII:很好,能保证测出的良品实际不合格品MS变差:没准很大,能保证测量出的不良品如何降低测量系统的风险?14Introduction2020年4月17日星期五测量系统变差对决策的影响•由于测量系统的输出值用于做出关于产品和过程的决定，所有变差源的累积影响通常称为测量系统误差，或有时称为“误差”。•测量了一个零件后可采取的活动之一是确定零件是否可接受（在公差内）或不可接受（在公差外）另外一种通常作法是把零件进行规定的分类（如，活塞尺寸）；进一步的分类可能是可返工的、可挽救的或报废的。在产品控制原理下，这样的分类活动是测量零件的主要原因。•但是，在过程控制原理下，关注是零件变差是由过程中的普通原因还是特殊原因造成的。原理关注点产品控制零件是否在指定的范围内？过程控制过程变差是否稳定并可接受15Introduction2020年4月17日星期五测量系统变差对过程决策的影响将普通原因识别为特殊原因；将特殊原因识别为普通原因。观测到的过程变差实际的过程变差测量系统变差测量系统变差能影响对于一个过程的稳定性、目标与变差的决定。σ2观=σ2实σ2测+(Cp)2观=(Cp)2实(Cp)2测+测量系统变差虚增了过程变差,看低了过程能力。16Introduction2020年4月17日星期五标准及可追溯性•追溯性：通过应用连接标准等级体系的适当标准程序，使单个测量结果与国家标准或国家接受的测量系统相联系。夹量具千分尺CMM量块激光干涉仪引用量具量块／比测波长标准干涉比测器国家标准参考标准工作标准生产用量具•我们是通过什么方式进行标准的传递的？17Introduction2020年4月17日星期五测量数据的质量•如何评定数据质量---测量结果与“真”值的差越小越好。---数据质量是用多次测量的统计结果进行评定。•计量型数据的质量---均值与真值（基准值）之差。---方差大小。•计数型数据的质量---对产品特性产生错误分级的概率。•理想的测量系统：0偏0方差0误判18Introduction2020年4月17日星期五测量战略和策划•出发点：APQP的设计阶段•精通测量系统的工程师有责任决定检验和试验并且指定合适的测量设备。•校准人员是APQP横向协调小组的组成部分。•如何决定测量系统：顾客呼声技术特性FMEA控制计划转化外部需求内部需求决定测量特性决定评价需求考虑特性的整个测量系统变差决定可采用的设备典型步骤测量的生命周期：对供方进料，大部分的测量和监控最终可能取消。经过较长长的时间后在过程的同一区域对相同的特性进行同一测量，这是对测量过程缺乏学习或停滞的证据。19Introduction2020年4月17日星期五测量系统分析•测量体系分析(MSA)：–MSA用于分析测量体系对量测值的影响–强调仪器和人的影响•我们对测量体系作测试，以确定量测数值的统计特性，并与可接受的标准相比较•测量系统分析的目的：-确定所使用的数据是否可靠•测量系统分析还可以：–评估新的测量仪器–将两种不同的测量方法进行比较–对可能存在问题的测量方法进行评估–确定并解决测量系统误差问题20Introduction2020年4月17日星期五评价测量系统的三个基本问题1、测量系统必须证明有足够的敏感度。首先：仪器或标准具有足够的分辨力吗？分辨力（或等级）在设计时确定，并在选择一个测量系统时作为基本出发点。10:1是一典型的应用示例。第二：测量系统要有有效的解析度，在应用状况下具有敏感度以检测出产品和过程变差。2、测量系统必须稳定。在重复状况下，测量系统变差仅有普通原因而不是由特殊原因产生的。测量分析必须时时刻刻考虑实践和统计的重要性。3、统计的特性（误差）要一直保持在期望的范围内，并且足以满足测量和分析的目的（产品控制和过程控制）21Introduction2020年4月17日星期五过程变差剖析抽样产生的变差长期过程变差短期过程变差实际过程变差稳定性线性偏倚重复性量具变差操作员造成变差测量误差过程变差观测值再现性“重复性”和“再现性”是测量误差的主要来源22Introduction2020年4月17日星期五连续变量测量系统分析•可以重复读数的测量系统：分辨率偏移？“准确性”（居中性—均值）线性？稳定性？校准？“精确性”（R&R）（离散性—偏差）OKOKOKOK•测量系统五性23Introduction2020年4月17日星期五评价测量系统的关键注意点•盲测法•在实际测量环境下，在操作者事先不知正在对该测量系统进行评定的条件下，获得测量结果。•向传统观念挑战•长期存在的把测量误差只作为公差范围百分率来报告的传统，是不能面临未来持续改进的市场挑战。24Introduction2020年4月17日星期五测量仪器分辨率：•十分之一法则：（测量仪器的分辨率必须小于或等于规范或过程误差的10%）•测量仪器分辨率：可定义为测量仪器能够读取的最小测量单位。部件A部件BA=2.0B=2.0A=2.1B=１.9部件A部件B刻度的分辨率比两个部件之间的差异要大，两个部件将出现相同的测量结果。刻度的分辨率比两个部件之间的差异要小，部件将产生不同的测量结果。25Introduction2020年4月17日星期五测量系统的有效分辨率（discrimination）•上图：2-4个分级数只能粗略估计制程，不能用于计量控制。•下图：达到5个以上分级数，可用于计量控制图。6σ-10+104个分级数10个分级数26Introduction2020年4月17日星期五测量系统的有效分辨率（discrimination）要求不低于过程变差或允许偏差（tolerance）的十分之一；零件之间的差异必须大于最小测量刻度；极差控制图可显示分辨率是否足够•看控制限内有多少个数据分级•不同数据分级(ndc)的计算为：•零件的标准偏差/总的量具偏差*1.41.一般要求它大于5才可接受直尺卡尺千分尺.28.279.2794.28.282.2822.28.282.2819.28.279.279127Introduction2020年4月17日星期五分辨率不足的表现•在过程变差的SPC极差图上可看出：–当极差图中只有一、二或三种可能的极差值在控制界限内时。–如果及差图显示有四种可能的极差值在控制界限内，且超过1/4以上的极差值为零。00.050.10.150.20.2512345678910极差00.050.10.150.20.250.30.3512345678910极差28Introduction2020年4月17日星期五敏感度（Sensitivity）•敏感度:是指能产生一个可检测到（有用的）输出信号的最小输入。它是测量系统对被测特性变化的回应。•敏感度由量具设计（分辨力）、固有质量（OEM）、使用中保养，以及仪器操作条件和标准来确定。它通常被表示为一测量单位。•影响敏感度的因素包括：–一个仪器的衰减能力–操作者的技能–测量装置的重复性–对于电子或气动量具，提供无漂移操作的能力–仪器使用所处的条件，例如：大气条件、尘土、湿度•一个仪器应至少和其分辨力单位同样敏感。。。29Introduction2020年4月17日星期五准确度(Accuracy)准确度(Accuracy)：—测量的平均