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MSA-量测系统分析(MeasurementSystemAnalysis),前言,在品质检验、生产控制、开发设计等过程中我们经常通过测量来得到数据,并依据量测数据的信息作出判断并作相关的调整,所以量测数据准确与否至关重要.如何来判断分析量测数据是准确,目前使用量测系统是否合用?“工欲善其事，必先利其器”，保证测量系统的稳定和准确是测量工作的前提条件,量测系统分析(MSA)就是用来分析量测系统状况的有力工具.,数据的质量,数据的类型-计量型-计数型如何评定数据质量-测量结果与“真值”越小越好;-数据质量是用多次测量的统计结果进行评定.计量型数据质量-均值与真值(基准值)之差(指数据相对基准位置);-方差大小(指数据分布).计数型数据质量-对产品特性产生错误分级的概率I类错误,合格判为不合格;II类错误,不合格判为合格;,基本术语,量具:任何用来获得测量结果的装置;经常用来指用在生产车间的装置;包括用来测量合格/不合格的装置.测量:赋值给具体事物以表示它们之间关于特殊特性的关系.量测系统: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.,TS16949与MSA,条文要求7.6.1测量系统分析为分析在各种测量和试验设备系统的测量结果中的变差，应进行适当的统计研究，此要求应适用于在控制计划中提及的测量系统。所用的分析方法及接受准则应与顾客关于测量系统分析的参考手册相一致，如果顾客批准，也可使用其它的分析方法和接受准则。,TS16949与MSA,要点说明:-对控制计划中列入的测量系统要进行测量系统分析.-测量系统分析方法及接受准则应与测量系统分析分析参考手册一致.-经顾客批准，也可使用其它的分析方法和接受准则。-如采用QS9000相关手册,则:QSA手册强调要有证据证明上述要求己达到;PPAP手册中规定:对新的或改进的量具测量和试验设备应参考MSA手册进行变差研究.APQP手册中,MSA为产品/过程确认阶段的输出之一.SPC手册指出MSA是控制图必需的准备工作.,测量系统的统计特性,理想的量测系统在每一次使用时,应只产生“正确”的测量结果,每一次测量结果应该是一个标准值.但由于种种原因影响不存这样理想的量测系统.且各种量测系统在不同统计特性(方差、偏倚均不同)尽管每一量测系统可能需要不同统计特性,但所有量测系统须共有:1.量测系统必须处于统计管制中,这就意味量测系统中的变差只能是普通原因而不是由特殊原因造成的;2.量测系统之变异必须比制造过程中变异小;3.量测系统之变异须相对小于规格界限(公差带);4.量测精度应高于制程变异/规格界限(公差带)较小者;一般来说为1/10;5.量测系统统计特性可能随被测项目改变而变化,若真如此,最大变差应小于制程变异或规格界限(公差带)较小者.,量测标准的传递,国际标准,国际实验室,国家标准,国家实验室,地方标准,国家认可的校准机构,公司标准,企业的校准实验室,测量结果,生产现场,检测设备制造厂,量测系统分析目的,量测系统分析的主要目的是在所处环境下求得该量测系统的变异,进而分析此变异之类别与变异之程度.分析时应注意下列事项:-应设定量具之允收标准-量具间如何进行比对-单一量具在修理前与修理后之比较-长期之量测能力评估-量具之管制作业,如何进行量测系统分析,量测系统分析主要为初期分析与定期分析.前者是新购此量测系统时所执行,以评判量测系统统计特性是否合符期望;后者是在规定期限内所执行,以评判量测系统是否维持在可接受之状态中.量测系统分析作业步骤:1.建立必要之指导文件,例分析指导书,校正指导书等；2.建立必要之程序,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,以及必要环境；4.依据相关指导书执行作业；5.搜集足够之数据,再依据所使用之分析表格执行分析作业用分析结论判定量测系统是可接受、勉强接受、不能接受。,评定量测系统步骤,评定量测系统可分析两个阶段第一阶段是验证系统是否一直量测正确的变量.(了解量测过程并确定量测系统能否满足需求)第一阶段主要有两个目的:1.确定量测系统是否具备所需要统计特性2.发现哪些环境因素对量测系统有显著影响第二阶段确定量测系统必须具什么样可接受统计特性第二阶段主要目的:验证量测系统一旦可行,应持续具有恰当的统计特性.常见“具量R偏移线性2.宽度或范围再现性再生性,量测系统分析-量测系统分辨力,分辨力-量测系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力,可被称分辨率.,控制只有下列条件才可用于控制:与规范相比过程变差较小预期过程变差上的损失函数很平缓过程变差的主要原因导致均值偏移,依据过程分布可用半计量控制技术可产生不敏感的计量控制图,分析对过程参数及指数估计不可接受只能表明过程是否正在产生合格零件,一般来讲对过程参数及指数的估计不可接受只提供粗略的估计,建议使用建议可视分辨率最多是总过程的6的十分之一,而不是公差宽度的1/10),量测系统分析-稳定性,两种稳定性-一般概念:随时间变化系统偏倚的总变差;-统计稳定性概念:测量系统只存在普通原因变差,而没有特殊原因变差.利用控制图评价测量系统稳定性-保持基准件或标准件,使其在研究周期内保持不变;-极差图出现失控时,说明存在不稳定的重复性;-均值图出现失控时,说明偏倚不稳定.稳定性评价的原则-评价周期的确定需要专业知识,但是稳定性不是能在很短的时间内作出评价,之前可利用统计技术,过程模型确定影响因素;-稳定性不必计算数值.-稳定性状态不确定时,评价R2.认一位评价人用正被评价的量具测量同一零件至少10次;3.计算出平均值.基准值与平均值之差表示量测系统偏倚.偏倚相对比较大的可能原因:基准的错误磨损的零件制造的仪器尺寸不对仪器测量非代表性尺寸仪器没有正确校准评价人员使用仪器不正确,偏倚-示例,全尺寸检验设备确定的基准值为0.80mm,该零件的过程变差为0.70mm.X1=0.75X2=0.75X3=0.80X4=0.80X5=0.65X6=0.80X7=0.75X8=0.75X9=0.75X10=0.70X=7.5/10=0.75X=0.75偏倚=观察平均值-基准值=0.75-0.80=-0.05偏倚占过程变差的百分比计算如下:偏倚%=100【偏倚/过程变差】偏倚%=100【0.05/0.70】=7.1%,基准值,重复性,测量过程的重复意味着测量系统自身的变异是一致的.由于仪器自身以及零件在仪器中位置变化导致的测量变差是重复性误差的两种原因.重复性标准偏差或仪器变差(e)的估计为R/d2仪器变差或重复性将为5.15R/d2或4.65R从生产过程中选取5件样品.选择两名经常进行该测量的评价人参与研究.每一位评价人对每个零件测量三次.,重复性示例,评价人1评价人2零件1234512345试验121722021721421621621621621622022162162162122192192162152122203216218216212220220220216212220平均值216.3218.0216.3212.7218.3216.3218.3217.3215.7213.3220.0216.9极差1.04.01.02.04.04.04.01.04.00.0,重复性极差控制图2名评价人3次试验5个零件评价人1评价人21234512345,重复性,R=25/10=2.5e=R/d2=2.5/1.72=1.455.15e=5.151.45=7.5,再现性,测量过程的再现性表明评价人的变异性是一致的.考虑评价人变异性的一种方法是认为变异性代表每位评价人造成的递增偏倚,若存在,每位评价人的所有平均值将会不同.评价人变异性或再现性可通过确定每一评价人所有平均值,然后从评价人最大平均值减去最小的得到极差(R0)来估算,再现性为5.15R0/d2*或3.65RR0=216.9-216.3=0.6R0/d2*=0.6/1.41=0.4再现性=5.15R0/d2*=2.2由于量具变差影响该估计值,必须减去重复性部分来校正.校正过的再现性=5.15R0/d2*2-(5.15e)2/nr=2.22-7.52/5*3=1.0,零件间变差,在均值控制图中可看出零件间的变差.对每一位评价人来说,子组平均值反映出零件间的差异.样品平均值均差Rp零件间标准偏差p=Rp/d2*零件间变差将5.15Rp/d2*或2.08Rp量测系统再现性与重复性相关的过程变差百分比一般称为%R相反斜率越大,量具线性越差.,量测系统非线之原因,1.在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准；2.最大值和最小值校准量具的误差；3.磨损的零件；4.仪器固有的设计特性。,量测系统研究的准备,1.先计划将要使用之方法；2.评价人的数量,样品数量及重复读数次数应预先确定；3由于其目的是评价整个测量系统,评价人应为日常仪器操作人；4.样品必须从过程中选取并代表其整个工作范围；5.仪器的分办力应允许直接读取特性的预期制程变差的十分之一；6.确保测量方法在按照规定的测量步骤测量特征尺寸。,减少量测系统分析误差要点,1.测量应按照随机顺序,以确保整个研究过程中产生的任何漂移或变化将随机分布;2.在设备读数中,读数应估计到可得到的最接近的收字;3.研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行;4.每一位评价人应采用相同方法包括所有步骤-来读得读数。,计量型测量系统研究,确定稳定性用指南:1.获取一样本并确定其相对于可追溯标准的基准值;2.定期测量基准样品3至5次;3.在Xd.通过该平均值减去基准值来计算偏倚.,计量型测量系统研究,偏倚=观测平均值-基准值过程变差=6极差偏倚%=偏倚/过程变差图表法:a.获取一样本并确定其相对于可追溯标准的基准值;b.从图表中计算X值;c.通过X减去基准值来计算偏倚:偏倚=X-基准值过程变差=6极差偏倚%=偏倚/过程变差,确定重复性和再现性用指南,极差法:是一种改进计量型量具研究方法,它可迅速提供一个测量变异性的近似值.但不能分解重复性和再现性零件评价人A评价人B极差(A-B)10.850.800.0520.750.700.0531.000.950.0540.450.550.1050.500.600.10平均极差(R)=R/5=0.35/5=0.07GR-评价人之间对每个零件测量过程的一致性.,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,B,B,C,C,C,C,B,B,C,C,C,C,C,C,B,B,C,C,B,B,B,B,C,C,B,B,B,B,B,B,B,C,C,C,C,A,A,C,C,B,B,B,确定重复性和再现性用指南,误差图:误差=观测值-基准值(零件平均测量值)1.评价人B的第二个读数有规律地高于第一个读数;2.评价人B的平均值高于其它评价人的测量平均值；3.10号零件很难测量一致-我们应确定其原因.,误差,误差,零件1,零件2,零件3,零件4,零件5,零件6,零件7,零件8,零件9,零件10,UCLX,LCLX,X,确定重复性和再现性用指南,均值/链图1.评价人之间的一致性;2.测量系统的“实用性”,评价人C,评价人B,评价人A,零件,平均值,确定重复性和再现性用指南,归一化的单值图:1.再现性;2.评价人间的一致性3.离群值的存在(即异常读数)4.零件与评估人间的交互作用,归一化值,=第一次读数,=第二次读数,确定重复性和再现性用指南,归一化的单值图:,归一化值,=第一次读数,=第二次读数,确定重复性和再现性用指南,振荡图:a.评价人间的一致性b.离群值的存在(即异常读数)c.零件与评价人间的交互作用,值,最高读数,最低读数,平均值,确定重复性和再现性用指南,X-Y均值-基准值图:1.线性2.评价人间线性的一致性.,测量平均值,基准值,=评价人A,=评价人B,=评价人C,确定重复性和再现性用指南,X-Y比较图:,注:45线,平均值评价人A,平均值评价人C,平均值评价人A,平均值评价人C,确定重复性和再现性用指南,散点图:a.评价人间的一致性b.离群值的存在(即异常读数)c.零件与评价人间的交互作用,读数,确定重复性和再现性用指南,数值计算:1.将第1、2及3行的最大数值减最小数值，将结果记录在第5行，第6、7、8行及11、12、13行的作法相同，而将其结果分别记入第10行及第15行(表1)。2.第5、10行及15行之记录应为正值(表1)。3.将第5行加总并除以量测零件数，则得第一位作业者的平均全距Ra,以相同方法从第10及第15行求得Rb及Rc。(表I)4.将第5、10第15行的平均值(Ra、Rb、Re)填入第17行，将其加总后除以作业人数而得的数据记入R(所有全距的平均值)5.将R(平均值)填入第19、20行并乘以D3及D4求下及上的管制界限，如为二次测量测D3=0，D4二327，将个别全距的上管制界限(UCLR)的值记入第19行,下管制界限(LCLR)的值如量测次数少于7则为零6.将各行加总(第1、2、3、6、7、8、II-12及13行),将各行的总和除以取样零件数，将此值记录在最右边一列标示为平均值处.,确定重复性和再现性用指南,7.将1、2、3行的平均值加总，并除以量测次数，将其值记录在第4行Xa方格处，以相同方式处理6、7、8行及11、12、13行而将其值分别记入第9、I4行的Xa、Xb及Xc处。8将第4、9、I4行的最大及最小平均值记录在第18行的适当之位置并计算其差将此差,记录在第18行标示为XDIFF处。9.将每个零件的各次量测值加总除以量测值总数(量测次数乘以作业者数)，将其结果记入第16行之零件平均值处。10.将零件平均值的最大减最小的差记入第16行标示Rp是零件平均