MSA测量系统分析经典解析

测量系统分析课程mullu•基本概念•测量系统的统计特性•MSA的重要性•MSA在生产过程中的位置•MSA分析的对象•测量误差的来源•测量系统应有的特性•GRR对能力指数Cp的影响课程内容•计量型分析–稳定性分析–偏倚分析—独立样本法–线性分析–重复性和再现性分析•计数型分析–风险分析法•破坏性分析基本概念•测量：赋值给具体事物以表示它们之间关于特定特性的关系。赋值过程即为测量过程，而赋予的值定义测量值。•量具：任何用来获得测量结果的装置，包括用来测量合格／不合格的装置。•测量系统：用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合；用来获得测量结果的整个过程。测量仪器分辨率（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。•看看下面的部件A和部件B，它们的长度非常相似。测量分辨率描述了测量仪器分辨两个部件的测量值之间的差异的能力。部件A部件B部件A部件BA=2.0B=2.0A=2.25B=2.00因为上面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。第二个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。•注意：显示或者报告的位数不一定就是仪器的分辩率。如：测量值为：29.075，29.080，29.085，…其分辩率就可能不是0.001，而是0.005直尺卡尺千分尺.28.279.2794.28.282.2822.28.282.2819.28.279.2791盲测（blindmeasurement):是指在实际测量环境下，由一事先不知道对该测量系统进行评估的操作者所获得的测量结果。如：测量系统分析人员将评价的5—10个零件予以编号，然后要求评价人A用测量仪器将这些已编号的5—10个零件第一次进行依次测量（注意：每个零件的编号不能让评价人知道和看到），同时测量系统分析人员将评价人A第一所测量的数据和结果记录于相关测量系统分析表中，当评价人A第一次将5—10个零件均测量完后，由测量系统分析人员将评价人A已测量完的5—10个零件重新混合，然后要求评价人A用第一次测量过的次测量仪器对这些已编号的5—10个零件第二次进行依此测量，同时测量系统分析人员将评价人A第二次所测量的数据和结果记录于相关测量系统分析表中，第三次盲测以此类推。普通原因也叫一般原因、偶然原因，是引起变差的一种因。这类原因特点是数量多、始终存在、相互独立且不易识别，其中每个原因的影响只是构成总变差的一个很小的分量。消除或纠正这类原因，需要管理决策，改进过程和系统。若过程仅仅存在普通原因造成的变差，则该过程处于统计控制状态，简称过程“受控”，再SPC图中表现为无点出界且点的分布随机。特殊原因也叫可查明原因，是引起变差的另一种原因。这类原因是可查明的、非过程固有的，且至少理论上是可以加以消除的。过程一旦出现特殊原因，在SPC图中表现为：点出界或点分布不随机。简称过程“失控”。准确度(Accuracy)准确度(Accuracy)—测量的平均值与真值吻合的程度真值(TrueValue):–理论上正确的值–国际度量衡标准准确度精密度高低高低测量系统的统计特性•Bias偏倚(Accuracy准确性)•Repeatability重复性•Reproducibility再现性•Linearity线性•Stability稳定性偏倚(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。真值的取得可以通过采用更高等级的测量设备进行多次测量，取其平均值。造成过份偏倚的可能原因•仪器需要校准•仪器、设备或夹紧装置的磨损•磨损或损坏的基准，基准出现误差•校准不当或调整基准的使用不当•仪器质量差─设计或一致性不好•线性误差•应用错误的量具•不同的测量方法─设置、安装、夹紧、技术•测量错误的特性•量具或零件的变形•环境─温度、湿度、振动、清洁的影响•违背假定、在应用常量上出错•应用─零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误再现性(Reproducibility)由不同操作人员，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（三同一异）再现性再现性不好的可能潜在原因•零件(样品)之间：使用同样的仪器、同样的操作者和方法时，当测量零件的类型为A,B,C时的均值差。•仪器之间：同样的零件、操作者、和环境，使用仪器A,B,C等的均值差•标准之间：测量过程中不同的设定标准的平均影响•方法之间：改变点密度，手动与自动系统相比，零点调整、夹持或夹紧方法等导致的均值差•评价人(操作者)之间：评价人A,B,C等的训练、技术、技能和经验不同导致的均值差。•环境之间：在第1,2,3等时间段内测量，由环境循环引起的均值差。这是对较高自动化系统在产品和过程资格中最常见的研究。•仪器设计或方法缺乏稳健性•操作者训练效果•应用─零件尺寸、位置、观察误差(易读性、视差)重复性(Repeatability)重复性指由同一个操作人员用同一种量具经多次测量同一个零件的同一特性时获得的测量值变差（四同）重复不好的可能原因•零件(样品)内部：形状、位置、表面加工、锥度、样品一致性。•仪器内部：修理、磨损、设备或夹紧装置故障，质量差或维护不当。•基准内部：质量、级别、磨损•方法内部：在设置、技术、零位调整、夹持、夹紧、点密度的变差•评价人内部：技术、职位、缺乏经验、操作技能或培训、感觉、疲劳。•环境内部：温度、湿度、振动、亮度、清洁度的短期起伏变化。•仪器设计或方法缺乏稳健性，一致性不好•应用错误的量具•量具或零件变形，硬度不足•应用：零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察误差(易读性、视差)稳定性(Stability)稳定性是指测量系统在某持续时间內，测量同一基准或零件的“单一特性”时，所获得的测量值的总变差。时间2时间1稳定性不稳定的可能原因•仪器需要校准，需要减少校准时间间隔•仪器、设备或夹紧装置的磨损•正常老化或退化•缺乏维护─通风、动力、液压、过滤器、腐蚀、锈蚀、清洁•磨损或损坏的基准，基准出现误差•校准不当或调整基准的使用不当•仪器质量差─设计或一致性不好仪器设计或方法缺乏稳健性•不同的测量方法─装置、安装、夹紧、技术量具或零件变形•环境变化─温度、湿度、振动、清洁度•应用─零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误线性是指量具在预期作业范围內偏倚值的差异。基準值較小的偏倚基準值較大的偏倚量測平均值(低量程)量測平均值(高量程)线性(Linearity)线性误差的可能原因•仪器需要校准，需减少校准时间间隔；•仪器、设备或夹紧装置磨损；•缺乏维护—通风、动力、液压、腐蚀、清洁；•基准磨损或已损坏；•校准不当或调整基准使用不当；•仪器质量差；—设计或一致性不好；•仪器设计或方法缺乏稳定性；•应用了错误的量具；•不同的测量方法—设置、安装、夹紧、技术；•量具或零件随零件尺寸变化、变形；•环境影响—温度、湿度、震动、清洁度；•其它—零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、读错。MSA的重要性•如果仪器选择或测量的方式不对，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原料人機法環測量測量結果好不好測量MSA在生产过程中的位置测量系统分析接受？统计过程控制和能力分析接受？维持统计过程控制持续改进？抽样检验是是否否否是改进改进MSA分析的对像–为分析在各种测量和实验设备系统测量结果中表现的变差，必须进行适当的统计研究。此要求必须用于在控制计划中提及的测量系统。–此项要求就是包含控制计划中提及的产品特性和过程特性。测量误差y=x+ε测量值=真值(TrueValue)+测量误差测量误差来源•足够的分辨率。为了测量的目的，相对于过程变差或规范控制限，测量的增量应该很小。通常所有的十进制或10/1法则，表明仪器的分辨率应公差(过程变差)分为十份或更多。这个规则是选择量具期望的实际最低起点。•测量系统应该是统计受控制的。这意味着在可重复条件下，测量系统的变差只能是由于普通原因而不是特殊原因造成。测量系统应有的特性R&R对过程能力计算的影响观测到的过程变差实际的过程变差测量系统的变差R&R对过程能力计算的影响0.01.02.03.04.05.06.00.50.70.91.11.31.51.71.9ObservedCpActualCp0%10%20%30%40%50%60%70%%R&R70%60%50%40%30%10%GRR对能力指数Cp的影响6takeweherebutlevel,confidence99%for,15.5,1%100%6,,622222kbecauseGRRGRRGRRkGRRobserveoracutalxLUCpmopppompxxmaoGRR对能力指数Cp的影响2222222)(1)(11111GRRCpCpCpGRRCpCpCpCpGRRGRRCpCpGRRCpGRRCpCpCpCpCpooaoaoomooaaooaoomoaoaao例题•如果目前有一个制程其观察的Cpo=1.67，而其GRR=0.2，请试算其真实的Cpa=?•解05.2)2.067.1(167.1)(122GRRCpCpCpooa测量系统分析方法MSA计量型计数型破坏型MSA的分类计量型MSA计量型位置分析离散分析稳定性分析偏倚分析线性分析重复性分析再现性分析稳定性分析计数型MSA计数型风险分析法信号分析法数据解析法破坏性MSA破坏型偏倚分析变异分析稳定性分析法稳定性分析的做法决定要分析的测量系统选取一标准样本，取值参考值请现场测量人员连续测量25组数据每次测量2~5次输入数据到EXCEL，Xbar-R表格中计算控制界限，并用图判定是否稳定后续持续点图，判图保留记录稳定性分析的做法自控制计划中去寻找需要分析的测量系统，主要的考虑来自：控制计划中所提及的产品特性控制计划中所提及的过程特性決定要分析的測量系統選取一標准樣本，取值參考值請現場測量人員連續測量25組數據每次測量2~5次輸入數據到EXCEL，Xbar-R表格中計算控制界限，並用圖判定是否穩定後續持續點圖，判圖保留記錄稳定性分析的做法选取一标准样品控制计划中所提及的产品特性控制计划中所提及的过程特性取出对产品特性或过程特性有代表性的样本。针对样本使用更高精密度等级的仪器进行精密测量十次，加以平均，做为参考值。如果标准样本为可溯源的基准值，则直接作为参考值。決定要分析的測量系統選取一標准樣本，取值參考值請現場測量人員連續測量25組數據每次測量2~5次輸入數據到EXCEL，Xbar-R表格中計算控制界限，並用圖判定是否穩定後續持續點圖，判圖保留記錄稳定性分析的做法请现场测量人员连续测量25组数据，每次测量2~5次。记录下这些数据。一般而言初期的25组数据最好在短的时间内收集，利用这些数据来了解仪器的稳定状况。可能的频次如：每小时1组；每天1组；每周1组。決定要分析的測量系統選取一標准樣本，取值參考值請現場測量人員連續測量25組數據每次測量2~5次輸入數據到EXCEL，Xbar-R表格中計算控制界限，並用圖判定是否穩定後續持續點圖，判圖保留記錄稳定性分析的做法将数据输入到excel中。计算每一组的平均值计算每一组的R值。计算出平均值的平均值计算出R的平均值。決定要分析的測量系統選取一標准樣本，取值參考值請現場測量人員連續測量25組數據每次測量2~5次輸入數據到EXCEL，Xbar-R表格中計算控制界限，並用圖判定是否穩定後續持續點圖，判圖保留記錄稳定性分析的做法计算控制界限平均值图：Xbarbar+-A2Rbar,XbarbarR值图：D4Rbar,Rbar,D3Rbar划出控制界限将点子绘上先检查R图，以判定重复性是否稳定。再看Xbar