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1测量系统分析ISO/TS16949之MSA第四版培训教材主讲:闫磊2概要n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n测量系统分析的意义和目的；n测量系统分析的定义：测量系统、量具、测量、测量过程；n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3测量的重要性测量的重要性:n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。n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+εn測量值=真值(TrueValue)+測量誤差戴明說沒有真值的存在一致测量误差5测量系统分析的目的n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。n保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。6测量的概念基本术语测量：赋值(或数)给具体的事物,以表示它们之间在某一特性上的关系.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。7测量系统的概念所有对正确反映所测量的对象特性有影响的因素都属于测量系统一部分方法/程序人量具夹具软件环境时间8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9测量系统分析10一个典型的过程过程输入输出输入测量过程Process输出•测量值••零件数据变差的来源过程实际的变差测量到的过程变差测量的变差过程长期的变差过程短期的变差样本间的变差量具的变差测量人自身的变差测量人之间的变差人与零件交互作用变差重复性稳定性线性校准11称菜的过程数据变差的来源没有两个土豆的重量是一样的月复一月，土豆在发生着变异即使一个藤上的土豆的重量也是不一样的同一个人用同一个秤对同一个土豆称重的差异称对公称的差异随着岁月流逝，秤还称得准吗？称一斤准，称五斤准吗？不同的人用同一个秤对同一个土豆称重的差异为什么卖家和买家秤的结果会不同？过程实际的变差测量到的过程变差测量的变差过程长期的变差过程短期的变差样本间的变差量具的变差测量人自身的变差测量人之间的变差人与零件交互作用变差重复性稳定性线性校准12计量型数据测量系统的分析13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。14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。15分辨力（率）n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。n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。T103016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。17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。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。21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。(人的变差)再現性操作者B操作者C操作者A22n测量正确的特性n准确性n精确性一个好的测量系统的特性23如何保证准确性准确性：4偏倚4稳定性4线性24如何保证精确性精确性：4重复性4再现性25测量系统的分析测量系统特性可用下列方式来描述：n位置：稳定性、偏倚、线性。n宽度或范围：重复性、再现性。26位置和宽度位置寬度位置寬度标准值27测量系统所应具有的特性：n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；n测量系统的变异必须比制造过程的变异小；n变异应小于公差带；n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；n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。28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。n常见的量具R&R分析是其中的一种试验型式。29计量型测量系统研究-指南30稳定性Stability稳定性Stability：对同一零件的测量值在不同时间上的漂移。基准值偏倚偏倚时间31确定稳定性的指南n进行研究u1）取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。如果该样品不可获得，选择一个落在产品测量中程数据生产零件，指定其为稳定性分析的标准样本。对于追踪测量系统稳定性，不需要一个已知基准值。u具备预期测量的最低值，最高值和中程数的标准样本是较理想的。建议对每个标准样本分别做测量与控制图。u2）定期(天,周)测量标准样本3~5次，样本容量和频率应该基于对测量系统的了解。因素可以包括重新校准的频次、要求的修理，测量系统的使用频率，作业条件的好坏。应在不同的时间读数以代表测量系统的实际使用情况，以便说明在一天中预热、周围环境和其他因素发生的变化。u3）将数据按时间顺序画在Xbar&R或Xbar&S控制图上。32n结果分析—作图法u4）建立控制限并用标准控制图分析评价失控或不稳定状态。n结果分析—数据法u除了正态控制图分析法，对稳定性没有特别的数据分析或指数。u如果测量过程是稳定的，数据可以用于确定测量系统的偏倚。u同样，测量的标准偏差可以用作测量系统重复性的近似值。这可以与（生产）过程的标准偏差进行比较以决定测量系统的重复性是否适于应用。u可能需要实验设计或其他分析解决问题的技术以确定测量系统稳定性不足的主要原因。稳定性33稳定性Stability4分析均值-极差控制图，并可由此制定校准周期。评估稳定性，必需考虑磨损、腐蚀、温度波动等因素的影响。4评估稳定性非常重要，因为大多数测量系统都是长期使用的4如果意识不到稳定性的存在，会导致以为过程发生了浮动，从而对过程进行错误的调整。34确定重复性和再现性的指南n分析方法有：n极差法；n均值-极差法；n方差分析ANOVA。35极差法n迅速提供测量变异性的近似值n只提供测量系统的总体情况，不将变异性分解成重复性及再现性n样品数量为5时，80%机会探测到不可接受的测量系统；样品数量为10时，有90%的机会。36n通常有2个测评人测量5个样品各一次样件测评人A测评人B差值（AB）10.850.800.0520.750.700.0531.000.950.0540.450.550.1050.500.600.1037n平均值极差(R)=(R1+…+R5)/5=0.35/5=0.07nGRR=R/d2=R/1.19=0.07/1.19=0.0588n过程标准方差=0.0777能接受的（事先确定的）n%GRR=100*GRR/过程标准方差=75.7%n结论:测量系统需要改进38均值-极差法；n均值极差法(Xbar&R)是一种可提供测量系统重复性和再现性两个特性作估计评价的方法。与极差法不同，这种方法可以将测量系统的变差分成两个部分—重复性和再现性，而不是他们的交互作用。39均值-极差法；进行研究n尽管评价人数量、试验次数和零件数是可变的，但我们下面的讨论反映了研究中条件的优化。参考表12GRR数据表。详细的程序是：1、获得一个样本零件数n大于5，应代表实际的或期望的过程变差范围；(图例24，P99例如,n=10)2、选择评价人为A，B，C等。零件的号码从1到n，评价人不能看到零件编号。（盲测）403、如果是正常测量系统的一部分，应校准量具。让评价人A以随机的顺序测量n个零件，将测量结果输入第一行（如使用MINITAB应输入“数据”栏）。4、让评价人B和C测量同样的n个零件，而且他们之间不能看到彼此的结果，输入数据到第6行和11行。5、用不同的随机测量顺序重复该循环。输入数据到第2，7，12行，在适当的列记录数据，如果需要试验3次，重复循环并输入数据到3，8，13行。6、当零件数量很大或同时多个零件不可同时获得时，测量步骤4，5可能改变如下是需要的：让评价人A测量第一个零件并在第1行记录读数。让评价人B测量第一个零件并在第6行记录读数。让评价人C测量第一个零件并在第11行记录读数。41√让评价人A重复测量第一个零件并记录读数于第2行，让评价人B重复测量第一个零件并记录读数于第7行，让评价人C重复测量第一个零件并记录读数于第12行，如果试验需要进行3次，重复这个循环将数据记录在第3，8，13行。n7、如果评价人属于不同的班次，可以使用一个替代方法，让评价人A测量所有的10个零件输入数据于第1行，然后评价人A以不同的顺序读数，记录结果于第2，3行，让评价人B，C同样做。n依公式计算并作成控制图或直接用表计算即可。42数字计算数字计算(续)4445%R&R接受准则：a.%R&R10%可接受。b.10%≤%R&R≤30%，通知由工程部门或APQP小组依据量具的重要性、成本及维修费用，决定是否接受。c.%R&R30%不能接受，必须改进。此外，ndc取整数，且应该大于等于5。46XbarChartbyInspector474645444342411SaermpleMeanMean=43.85UCL=44.20LCL=43.49再现性两个操作者的平均值控制图外形一致，具有良好的再现性。47结果分析:n当重复性(EV)大于再现性(AV)时，原因可能是：u仪器需要保养；u量具应重新设计来提高刚度增强；u量具的夹紧或零件定位的方式需要改进；u存在过大的零件变差。n当再现性(AV)大于重复性(EV)时：u评价人员需要更好的培训如何使用量具及数据读取方式；u量具刻度盘上的刻度不清楚；u需要某些夹具协助评价人员来提高使用量具的一致性。48偏倚Bias偏倚是测量值与真值之间的差异。真值偏倚测量值测量值偏倚Bias49确定偏倚指南—独立样本法n进行研究u1）获取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。如果得不到，选择一个落在生产测量的中程数的生产零件，指定其为偏倚分析的标准样本。在工具室测量这个零件n≥10次，并计算这n个读数的均值。把均值作为“基准值”。u可能需要具备预期测量值的最低值、最高值及中程数的标准样本是理想的。完成此步后，用线性研究分析数据。基准值测量系统的平均值偏倚50u2）让一个评价人，以通常方法测量样本10次以上。n结果分析—作图法u3）相对于基准值将数据画出直方图。评审直方图，用专业知识确定是否存在特殊原因或出现异常。如果没有，继续分析，对于n＜30时的解释或分析，应当特别谨慎