5. MSA量測系統分析简体

1,MSA 量测系统分析,2,课程大纲：,一、量测数据的质量 二、量测过程三、量测系统的统计特性四、变异的来源五、变异的类型六、量测不确定性七、量测系统分析之准备八、如何进行量测系统分析九、量测系统分析-计量值示范十、量具重复性与再现性之比较十一、量测系统分析判定-计量值十二、量测系统分析-计数值示范十三、Work Shop,3,你了解你的量测系统吗?,产品各项质量特性数据，均须透过量测系统取得量测系统可靠吗？它会不会扭曲“制程声音”？,4,二、量测过程,：标准：零件：仪器：人/程序：环境,S WIPE,量测,数值,分析,输入,输出,可接受可能可接受须改善,量 测 系 统,5,三、量测系统的统计特性,1.量测系统均须在统计管制下而其所生成之变异应根源于共同原因，而非特殊原因。2. 量测系统之最小刻度须相对小于制程变异或规格界限之较小者。,6,四、变异的来源(一),仪器(量具),工作件(零件),扩大,量测系统变异,变异性,敏感性,接触几何,变形效应,一致性,单一性,重复性,再现性,使用假设,稳健设计,偏移,线性,稳定性,校准,预防性维护,维护,创建公差,发展的变异,发展,设计变异夹持位置测量站测量探测器,相互关连的特性,清洁,适合的数据,工作的定义,弹性变形,质量,弹性特性,支撑特性,隐藏的几何,可追溯性,校准,热扩散系数,弹性特性,人员/程序,环境,教育,身体的,限制,程序,目视标准,工作规定,工作态度,经验,培训,经验,培训,理解,技能,人因工程,照明,压力,振动,空气污染,几何的兼容性,阳光,人工光阳,光阳,温度,人员,空气流程,热的系统,平等化系统构成要素,周期,标准与环境的关系,标 准,7,四、变异的来源(二),8,五、变异的类 型：,(一) 位置变异 (Location Variation)(二) 宽度变异 (Width Variation)(三) 量测系统变异 (Measurement System Variation),位置(Location ),宽度 (Width ),9,(一) 位置变异,准确度 (Accuracy)：指一个或多个量测结果的平均数与参考值之间一致的接近程度。,10,偏倚 (Bias),偏倚 (Bias) ：通常被称为准确性，但准确性有多种解释，故有不同涵盖意思。偏倚是指对相同零件上量测多次所得平均值与真值之差异。,偏倚(Bias),VA,VT,VT：真值（可由较高等级量 具多次量测之平均值）VA：量测平均值,11,造成过大偏倚的可能原因：,仪器需要校正； 线性误差； 基准的磨损或损坏，基准偏差； 不适当的校正或使用基准设置； 仪器质量不良设计或符合性； 仪器、设备或夹具磨损； 使用了错误的量具； 不同的测量方法作业准备、装入、夹紧、技巧； 量测的特性不对； 变形 (量具或零件)； 环境温度、湿度、振动、清洁； 错误的假设，应用的参数不对 应用零件数、位置、操作者技能、疲劳、观测误差 (易读性、视差)。,12,稳定性 (Stability),稳定性 (Stability)：又称漂移 (Drift)，指经过一 段长期时间下，用相同的量测系统标 准，对同一基准或零件的同一特性 ，量测所得到的变异。,时间,13,造成稳定性的可能原因：,仪器需要校正，缩短校正周期； 仪器、设备或夹具的磨损； 正常的老化或损坏； 维护保养不好空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁； 基准的磨损或损坏，基准的误差； 不适当的校正或使用基准设置； 仪器质量不好设计或符合性； 仪器缺少稳健的设计或方法； 不同的测量方法作业准备、装入、夹紧、技巧； 变形 (量测或零件)； 环境变化温度、湿度、振动、清洁； 错误的假设，应用的参数不对； 应用零件数量、位置、操作者技能、疲劳、观测误差(易读性、视差)。,14,线性 (Linearity),线性 (Linearity)：线性是指量具在工作范围内，偏倚量之差异分布状况。,数值A,偏倚,数值B,偏倚,15,造成线性误差的可能原因：,仪器需要校正，缩短校正周期； 仪器、设备或夹具的磨损； 维护保养不好空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁； 基准的磨损或损坏，基准的误差最小最大； 不适当的校正 (没有涵盖操作范围) 或使用基准设置； 仪器质量不好设计或符合性； 缺乏稳健的仪器设计或方法； 应用了错误的量具； 不同的测量方法作业准备、装入、夹紧、技巧； 随着测量尺寸不同，（量具或零件）变形量不同； 环境温度、湿度、振动、清洁； 错误的假设，应用的常量不对 应用零件数、位置、操作者技能、疲劳、观测误差 (易读性、视差)。,16,(二) 宽度变异,精密度 (Precision)：量测系统整个作业量测范围内 (尺寸、范围和时间) 的分辨力、敏感度和重复性的 最终影响。,17,重复性 (Repeatability),重复性 (Repeatability)：又称量具变异 (Equipment Variation，EV ) 同一位作业者，多次量测相同零件之指定特性时所得的变异。,重复性,参考值,18,造成重复性的可能原因：,零件内部(抽样样本):形状、位置、表面亮度、锥度、样本的一致性零件内部:维修、磨损、设备或夹具的失效、质量或保养不好 标准内部:质量、等级、磨损 方法内部: 作业准备、技巧、归零、固定、夹持、点密度的变异 评价者内部: 技巧、位置、缺乏经验、操作技能或培训、意识、疲劳 环境内部: 对温度、湿度、震动、清洁的小幅度波动 错误的假设: 稳定，适当的操作 缺乏稳健的仪器设计或方法，一致性不好 量具误用 失真(量具或零件)、缺乏坚固性 应用: 零件数量、位置、观测误差(易读性、视差),19,再现性 (Reproducibility),再现性 (Reproducibility)：又称评价者变异 (Appraiser Variation, AV)，指不同评价者以相同量具，量测相同产品之特性时，量测平均数之变异。,再现性,评价者A,评价者C,评价者B,20,造成再现性误差的可能原因：,零件之间 (抽样样本)：使用相同的仪器、操作者和方法量测A、B、C零件类型时的平均差异。 仪器之间：在相同零件、操作者和环境下使用A、B、C仪器量测的平均数的差异。注意：在这种情况下，再现性误差通常还混有方法和或操作者的误差。 标准之间：在量测过程中，不同的设置标准的平均影响。 方法之间：由于改变量测点密度、手动或自动系统、归零、固定或夹紧方法等所造成的平均数差异。 评价者 (操作者) 之间：评价者A、B、C之间由于培训、技巧、技能和经验所造成的平均数的差异。推荐在为产品和过程鉴定和使用手动量测仪器时使用这种研究方法。,21,造成再现性误差的可能原因(续)：,环境之间：在经过1、2、3等时段所进行的测量，由于环境周期所造成的平均数的差异。这种研究常用在使用高度自动化测量系统对产品和过程的鉴定。 研究中的假设有误。 缺乏稳健的仪器设计或方法。 操作者培训的有效性。 应用零件数量、位置、观测误差 (易读性、视差)。,22,量具R&R或GRR,量具R&R或GRR：R&R是结合重复性和再现性变异 的估计值。,=,+,重复性,再现性,重复性,再现性,23,敏感性 (Sensitivity),敏感性(Sensitivity): 指能生成一个可检测到最小的输出信号。影响敏感性的因素： 一个仪器的衰减能力 操作者的技能量测装置的重复性 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,24,一致性 (Consistency),一致性(Consistency)：量测系统随着时间变化，量测变异的差值。影响一致性的因素： 零件的温度 电子设备必要的热机 设备磨损,UCL,LCL,平均全距,25,均一性 (Uniformity),均一性(Uniformity)：是量具整个工作范围内变异的差值。影响均一性的因素： 由于位置不同，夹具能允许更小更大的尺寸 刻度的可读性不够 读数的视差,尺寸A,尺寸A,尺寸B,26,(三)量测系统变异,量测系统能力 (Capability)： 是指短期评估中量测系统变异 (随机的和系统的) 组合 的估计值。组成要素：不准确的偏倚或线性重复性或再现性 (GRR)，包括短期的一致性。,=,+,重复性,再现性,能力,s,2,GRR,偏倚 (线性),27,量测系统性能 (Performance),量测系统性能指组合量测系统变异的长期评估值。长期变异要素： 能力 (短期变异) 稳定性和一致性量测装置的重复性,=,+,稳定性,能力,性能,+,一致性,28,六、量测不确定性 (Uncertainty),不确定性 (Uncertainty) ：是一个与量测结果有关的参数， 其特性是由于被测物特征所可能合理造成的数值离散。,再现性,重复性,2,平行性,2,线性,2,稳定性,2,校正标准,时间,2,产品,2,温度,2,电性改变,2,2,量测系统不确定性,2,2,29,量测不确定性 (Uncertainty),计算量测系统不确定性95%之信赖区间,t = 真值m=量测值,t = m 2,量测系统不确定性,30,七、量测系统分析之准备,1.标准 (Standard)：应该创建一个可操作的定义，该定义不论在供应商、顾客或将来时间上都有相同之含义。 用于比较可接受1.5偏倚 接受的准则 (量具允收条件) 在不确定度的指定范围内可接受的已知值。 参考值 (Reference ),31,量测系统分析之准备(续),2.基本设备条件 (Basic Equipment) 分辨力(Discrimination)、分辨率 (Resolution)： (1)最小可读单位。 (2)10/1的比例法则 有效分辨率 (Effective Resolution) (1)特定应用条件下，一个量测系统对过程变异的敏感度。 参考值 (Reference Value) (1)某一对象可接受的数值 (2)常被用来替代真值。 真值 (True Value) (1)某一对象的真实数值。 (2)不可知且无法知道。,32,分辨率(分辨力)：,分辨率不足,分辨率良好,33,八、如何进行量测系统分析,1.创建必要之指导书文档，例如分析指导书等。2.创建必要之程序书，以管制所有量测系统维持在正常及最 佳状态。3.须有合格之分析人员，待分析之量具，以及必要之环境。4.依据相关之指导书运行分析作业。5.搜集足够之数据，再依据所使用之分析表单运行分析作 业。6.应有分析结论判定此量测系统是处于可接受、勉强接受或 不能接受。,34,九、量测系统分析-计量值示范：,1.偏倚示范： 一个制造工程师对量测设备系统进行分析，证明该量测系统应该没有线性误差的考量，所以该工程师只对偏倚进行评价。他在这量测系统范围内选定了一个零件；并对该零件进行量测15次来确定它的参考值。,35,偏倚数据：(续),36,偏倚数值分析：,1.计算 n 个读值的平均数2.计算重复性标准差： 式中d2*可查表得知，g=1，且m=n,最大值(Xi)-最小值(Xi)d2*,37,偏倚数值分析：,3.确定偏倚的t统计量 (t-statistic) 偏倚=观测到的平均测量值一参考值 t =4.如果0落在偏倚值附近95%自信度界限内，则偏倚在5%的水平 上是可接受的。 偏倚偏倚式中，d2及d2*及v可从附录中查到，令g=1，且m=n，tv,1-/2可以利用标准t分配查到。,偏倚,38,偏倚直方图：(续),4,3,2,1,0,量测值,次数,15.6,15.7,15.8,15.9,16.0,16.1,16.2,16.3,16.4,39,偏倚分析表：(续),40,2.稳定性示范：,某工厂为了确定某一新量测仪器的稳定性是否为可接受，评价人员选定了接近中间值的一个零件。该零件被送到了量测实验室，经量测其参考值确定为6.01。评价人员量测该零件5次，共量测了一个月(20个小组)；收集到所有数据后，画出了&R图。,41,稳定性示范：(续),UCL=1.010,LCL=0,0.4779,1.00.50.0,样本全距,6.36.26.16.05.95.85.7,UCL=6.267,LCL=5.746,6.021,0,10,20,样本平均,子组,42,1.计算零件每次量测的偏倚，以及平均数。 偏倚i,j=Xi,j（参考值）2.在线性图上划出相对参考值的每个偏倚及偏倚平均数。3.计算并划出最适当的线及该线的自信度区间。,3.线性分析：(图标法),偏倚i,j,m,偏倚i,43,Yi=aXi+b式中Xi=参考值，yi偏倚平均数，而对一个已知X0，自信度区间为：,线性分析：(图标法),斜率(Slope),中心,44,上限：b+aX0下限：b+aX04.划出偏倚=0的线，并对图进行审查，以观察是否存在特殊原因，以及线性是否可接受。,线性分析：(图标法),45,5.如果偏倚0的整个直线都位于自信度区间以内，则 该量测系统的线性是可接受。6.若图标法表示线性是可接受的，则以下假设应该为真： H0：a=0 斜率=0 如果下式成立，则不能被否定,线性分析：(图标法),46,7.若以上假设为真，则量测系统对所有参考值具有相同的偏 倚。这个偏倚必为0，该线性才可被接受。 H0：b=0 中心（偏倚）0,线性分析：(图标法),47,线性示范：,48,线性示范：(Minitab),49,线性示范：(续),50,线性示范：(续),51,线性示范：(续),52,示范：MSA搜集数据的规划,53,搜集GRR的数据,示范：量测系统分析 计量,54,示范：GRR,量具再现性及再生性数据表,页数,: 1 /2,零件件名：,瓶嘴封口,量具名称：,作成日期：,零件件号：,量具编号：,#001,作成单位：,特性：,内径尺寸,量具精度：,作成者：,规格：,32.533.5mm,量具范围：,审查者：,x,R,R,R,x,55,零件件名：瓶嘴封口零件件号：特性： 重量规格： 32.533.5mm 由数据表得： R 0.04 Xdiff= 0.060 Rp=0.89,公式：%AV = 100 AV/TV %AV = 10.79% n = 零件数 r = 量测次数,再现性作业者变异（AV）公式：AV = n = 10 r = 2 AV = 0.0304,公式：%EV = 100 EV/TV %EV = 12.59%,重复性设备变异（EV）公式：EV =R* K1 EV =0.0355,制程变异,量测单元分析,量测次数,K1,23,0.88620.5908,作业者人数,2,3,K2,0.7071,0.5231,量具重复性及再现性报告,量具名称：量具编号： #001量具精度：量具范围：,作成日期：作成单位：作 成 者：审 审 查：,56,全变异（TV） 公式：TV = TV= 0.2839,公式：%PV=100PV/TV PV =98.62%公式：ndc=1.41PV/GRR ndc=8.3978,零件变异（PV） 公式：PV=Rp*K3 PV= 0.2800,公式：%R&R=100GRR/TV %R&R = 16.58%,重复性&再现性（GRR） 公式：GRR= GRR= 0.04668,制程变异,量测单元分析,0.70710.52310.44670.40300.37420.35340.33750.32490.3146,2345678910,K3,零件数,全部的计算是基于5.15标准差()的预侧，（在常态分配曲线下99%的面积）(5.15/d2）是由量测次数(m)及零件数乘以作业者人数(g)而决定，此处假设(g)大于15AV如果在开平方根符号下，其计算值为负值，则做业者变异设置为0(0)(5.15/ d2 )是由作业者人数(m)及(g)而决定，因只计算一个全距故(g)1(5.15/ d2 )是由零件数(m)及(g)而决定，因只计算一个全距故(g)1取自A.J.Duncan所着Quality Control and Industrid Statistics之表3,量具重复性及再现性报告,57,Minitab：数据输入到Minitab，使用Quality Tools Gage R&R Study,示范：量测系统分析计量,58,Minitab： 选择Xbar and R的分析试选择ANOVA的分析方式，会有何差异？Study Variation 设为5.15，是以正态分布曲线下 99% 的机率为基础。,示范：量测系统分析计量,59,Gage R&R Study - XBar/R MethodGage R&R for Measures %Contribution Source Variance (of Variance) Total Gage R&R 2.18E-03 2.75 Repeatability 1.26E-03 1.58 Reproducibility 9.24E-04 1.16 Part-to-Part 7.72E-02 97.25 Total Variation 7.93E-02 100.00 StdDev Study Var %Study VarSource (SD) (5.15*SD) (%SV) Total Gage R&R 0.046706 0.24053 16.58 Repeatability 0.035461 0.18262 12.59 Reproducibility 0.030396 0.15654 10.79 Part-to-Part 0.277778 1.43056 98.62 Total Variation 0.281677 1.45064 100.00,Minitab:分析的结果,示范：量测系统分析计量,60,Minitab：分析的结果,示范：量测系统分析计量,61,十、量具重复性与再现性之比较,1.重复性再现性。 (1) 量测仪器需加以保养。 (2) 产品之变异出现异常。 (3) 量具之夹紧或定位（OFFSET）不一致。2.再现性重复性。 (1) 量具之校正未落实。 (2) 作业者对量具使用不熟。 (3) 可能需要辅助仪器协助作业者使用量具。,62,量具再现性与再生性的判定,1.数值10%,表示该量具系统可接受。,2.10% 数值 30%,表示该量具系统可接受或不接受，决定于该量具系统之重要性、修理所需之费用等因素。,3.数值 30%,表示该量具系统不能接受，须予以改进。,十一、量测系统分析判定计量值,63,Attribute Gage R&R (計數值),計數值的重複性和再現性可以採用以下二種方法：假設檢定分析(Hypothesis Test Analysis)1. Kappa判定準則2. 有效性判定準則信號偵測理論(Signal Detection Theory),64,使用時機：分辨好/壞（Go / No-Go）區別等級（15級）判別：分為一致性及正確性的判別：評估者本身的差異、評估者之間的差異及與標準比較的差異。資料結構：順序型(Ordinal)：有三個以上的水準，例如：非 常不滿意、不滿意、普通、