测量系统分析ppt课件

1,测量系统分析（MSA）(MeasurementSystemsAnalysis),KCF,2,为什么要用测量系统,在日常的检验中，你经常会遇到以下问题或困惑：我可以信赖我收集的数据吗？不同的操作人员的测量结果有什么差异？为什么测量同一个零件得到的结果不尽相同？我对测量数据进行分析的结果用于过程分析和控制可靠吗？,3,测量系统的目的,数据的广范使用，例如：普遍依据测量数据来决定是否调整制造过程。关注：测量数据的质量高质量数据-收益大(收益大于成本)低质量数据-收益小,4,测量过程,测量过程,测量值,测量,分析,需要控制的过程,决定,设备是测量过程的一部分，过程的所有者必须知道如何正确使用这些设备及如何分析和解释结果。因此管理者也必须提供清楚的操作定义和标准以及培训。,5,测量系统的特性,Bias偏倚Repeatability重复性Reproducibility再现性Linearity线性Stability稳定性Discrimination分辨力,6,测量系统是否有足够的分辨力？测量系统在一定时间内是否统计稳定？测量系统的误差是否足够小？,评价测量系统的三个基本问题,7,测量系统的统计特性,理想的测量系统的统计特性：零偏倚对所测的任何产品错误分类为零概率可是这样的测量系统几乎不存在的，但是确定一个测量系统质量的正是其产生数据的统计特性。,8,测量系统的统计特性,每一个测量系统可能被要求有不同的统计特性，但有一些基本特性用于定义“好的”测量系统。它们包括：足够的分辨率和灵敏度；通常所知的是10-1法则，表明仪器的分辨率应把公差(过程变差)分为十分或更多，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的；对于产品控制，测量系统的变异性与公差相比必须小。依据特性的公差评价测量系统。对于过程变差，测量系统的变异性应该显示有效的分辨率并且与制造过程相比要小。,9,测量系统的基本概念,测量：给具体事物赋值以表示它们在指定特性上的(大小、多少)关系。从测量的定义来讲，除了具体的事物外，还包括：参与测量过程的量具，使用量具的合格操作者和规定的程序，以及一些必要的设备和软件。再把它们组合起来，完成赋值功能，获得测量数据。,10,测量系统的基本概念,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；包括通过不通过装置。,11,测量系统的基本概念,测量系统：对被测产品特性赋值的操作者、量具、操作程序、设备、软件的集合，用来获得测量结果的整个过程称为测量过程或测量系统。,12,测量系统的基本概念,参考值：参考值也称为可被接受的参考值或基准值，它是一个人工制品值或总效果值用作约定的比较基准值。该参考值基于下列各值而定：由较高级(如计量实验室或全尺寸检验设备)的测量设备得到的几个测量平均值确定。法定值：由法律定义和强制执行。理论值：由科学原理而得。给定值：根据某些国家或国际组织的实验工作(由可靠的理论支持)而得。,13,测量系统的基本概念,真值：真值是零件的“实际”值，虽然这个值是不知道的，但是它是测量过程目标。任何人读值都应尽可能接近(经济地)这个值。遗憾的是真值的确从没能够被知道。在所有的分析中参考值是用作真值的近似值。,14,测量系统的基本概念,测量准确度：表示测量结果与被测量真值之间的一致程度，准确度是指多次测量的平均值和真值相符合的程度，它表征测量过程中系统误差的大小，常用绝对误差表示。这里的绝对误差就是偏倚的绝对值。,15,测量系统的基本概念,精密度：指多次重复测定同一个量时，各测量值之间彼此相符合的程度，它表征测量过程中隨机误差的大小，用标准差来表示。特性中微小变化的能力，也称分辨,16,测量系统的基本概念,分辨力：是指测量系统检出并如实指示测量特性中微小变化的能力，也称分辨率或可读性。测量仪器分辨力的第一准则应该是被测范围的十分之一。传统上此范围就是产品范围。最近。10比1规则被解释为测量设备能够分辨至少十分之一的过程变差。这符合持续改进的原理。如果测量系统缺乏分辨力，对于识别过程变差或量化单个零件不是一个合适的系统。如果是这种情况，应使用更好的测量技术。如果分辨力不能测定出过程的变差，这种分辨力用于分析是不可接受的。,17,测量系统的基本概念,测量系统的分辨力是指该测量系统识别被测特性中极小变化的能力。例如，某量具能识别长度中0.01mm的变化，但不能识别0.001mm的变化，对这种量具而言，2.341和2.342都是2.34，这时0.01mm就是该量具的分辨力。分辨力不足的情况可以通过SPC过程变差图最好地显示出来。特别是当极差图显示可能只有一个、二个或三个极差值在控制限内，这种测量就是在分辨力不足时进行的。同样，如果极差图显示出可能四个极差值在控制限内，并且超过四分之一的极差值为零，那么，该测量是在分辨力不足时进行的。,18,测量系统的基本概念,测量系统如果没有足够分辨力就不能定量地表示被零件的特性，也不能识别制造过程中所发生的变动，这时，应该放弃使用该测量系统。例：下面是用相同数据，而用不同刻度值的仪器测量出数据画出的两组X-R图，图a使用的最小单位为0.001mm，其X和R图上的波动能清楚地表示出来，显示测量系统有足够的分辨力，而图b使用的最小单位为0.01mm，其X和R图的波动明显减小由于四舍五入的结果，看上去过程好像是失控了(从图a上看并没有失控)，特别R图，20多个点只有三个极差值，明显分辨力不足的表现。,19,测量系统的基本概念,20,测量系统的基本概念,偏倚：是测量结果的观测平均值与基准值的偏差(如图)通常称为准确度。,基准值,偏倚,观测的平均值,21,测量系统的基本概念,重复性：是指由同一个评价人采用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。(如图),22,测量系统的基本概念,再现性：是指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,获得的测量均值的变差.(如图),23,测量系统的基本概念,稳定性：是指测量系统在某持续时间(即不时间)，测定同一基准或零件的单一特性时，获得的测量值总变差.,24,测量系统的基本概念,线性：是指在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值.当观测的平均值等于基准值，即无偏倚。(如图),观测的平均值,基准值,无偏倚,有偏倚,图：线性,25,测量系统的基本概念,每个测量系统都有一个量程，例如：有的温度计的量程为-20度至40度，有的温度计可测量100度至1000度，有的台称只能称10KG以下的物品，有的磅称的量程为1KG到500KG，对测量系统量程内的每个测量值，都有相同的偏倚是不合理的，应符合以下规律，如图所示：,26,测量系统的基本概念,观测的平均值,范围的较低部分,基准值,偏倚较小,观测的平均值,范围的较高部分,偏倚较大,基准值,在量程较低的部分(基准值小)，偏倚要小一些,在量程较高的部分(基准值大)，偏倚要大一些,27,测量系统的基本概念,测量系统的线性特征，是指在其量程范围内，偏倚应是基准值的线性函数。这个要求对控制线性有好处，不致于基准值过小或过大时测量的系统误差过大。当然这一点应在测量系统(或量具)的设计阶段做到，若一个测量系统不具有线性特征，那它就不是一个合格的测量系统(或量具)，若一个测量系统在设计时有线性特征，但在使用中发现为非线性，这时就要查明原因，及时查明并纠正。,28,测量系统研究的准备(一),实施测量系统之前应先进行充分的策划和准备A、先计划将要使用的方法；B、评价人的数量，样品数量及重复读数次数应预先决定。在此选择中应考虑的因素如下：尺寸的关键性-关键尺寸需要更多的零件和或试验。零件结构大或重的零件可选择较少样品和较多试验。C、由于其目的是评价整个测量系统，评价人的选择应从日常操作该仪器的人中选择；D、样品的选择对正确的分析至关重要，它完全取决于MSA研究的设计、测量系统的目的以及能否获得代表生产过程的样品。由于每一零件将被测量若干次。必须对每一零件编号以便识别。,29,测量系统研究的准备(二),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。评价人不应知道正在检查零件的编号，以避免可能的偏倚。但是进行研究的人应知道正在检查那一零件，并记下数据。在读数时，读数应估计到可得到的最接近的数字。即读数应取至最小刻度的一半。例如，如果最小刻度为0.0001，则每个读数的估计值应四舍五入到0.00005。研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行。每一位评价人应采用相同方法，包括所有步骤来获得读数。,30,确定稳定性的指南,系统推荐方法：取一个样本建立基准值（可溯源）或中程数定期（天、周）测量标准样本35次以时间为序划出X&R控制图计算管制界限，并对失效或不稳定做出评估计算标准差S，并与制程标准差相比较，以评估测量系统的稳定性,Xbar：UCL=Xbar+A2RbarLCL=Xbar-A2Rbar极差：UCL=D4*RbarLCL=D3*Rbar,31,稳定性结果研究,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。研究测量系统稳定性注意事项：1)明确测量系统的外部条件是什么？例如，有的测量系统要预热一时间后，才能进入稳定工作状态。,32,不稳定性的原因,仪器需要校准，减少校准周期仪器，设备或夹紧装置的磨损正常老化或退化缺乏维护例如腐蚀，锈蚀等基准出现误差环境变化，温湿度，振动，清洁度应用零件尺寸，位置，作业人技能，疲劳，观测错误等。校准不当,33,偏倚分析指南（第二版）,取一个样本建立基准值（可溯源）或选择一个落在生产测量的中程数的零件，在工具室测量这个零件n=10次，并计算平均值基准值一个评价人，以通常方法测量样本10次以上计算n个读数的平均值（观测值）偏倚观测值基准值,34,偏倚分析指南（第二版）,偏倚=观测平均值-基准值制造过程变差=6偏倚%=偏倚/制造过程变差100%注：制造过程变差可从以前的过程控制图得出，或从同时进行的过程能力研究得出，如无法求得时,可用规格公差代替。偏倚接受准则:对测量重要特性的测量系统偏倚30%,拒绝接受。,35,偏倚分析指南（第二版）,一位作业者量测一零件10次，如下：X10.75X60.80X20.75X70.75X30.80X80.75X40.80X90.75X50.65X100.70设基准值为0.80，且此零件之制程变异为0.70Xx/107.5/100.75偏倚基准值观测平均值(X)0.800.750.05偏倚对制程变异百分比(%偏倚)(偏倚/制程变异)100(0.05/0.70)1007.1%=10次，并计算这n个数据的均值。把均值作为“基准值”。让一个评价人，以通常方法测量样本10次以上。相对于基准值将数据画出直方图。评审直方图，以专业的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。,40,偏倚分析指南,计算n个读数的均值。X=计算可重复性标准偏差r=R/d2*R=max(Xi)-min(Xi)这里d2*可以查表求得,i=1,n,1,n,Xi,41,偏倚分析指南,确定偏倚的t统计量偏倚=观测测量平均值-基准值b=r/nt=偏倚/b如果0落在围绕偏倚值1-a置信区间以内，偏倚在a水平是可以接受的。,d2b,d2*,(tv，1-a/2),-,偏倚,d2b,d2*,(tv，1-a/2),-,偏倚,=10次。(隨机选择零件)4)计算每次测量的零件偏倚及零件偏倚值。5)在线性图上画出单值偏倚和相关基准值的偏倚均值。,52,测量系统的线性,例：某领班对其测量系统的线性特征感兴趣，特在其量程内选定五个标准件，经检验，它们的基准值分别为：2.00、4.00、6.00、8.00、10.00然后请一个合格的操作者，对每一个标准件各重复测量12次，其测量值及其均值和极差都列表如下：,53,测量系统的线性,零件基准值,12345,2.004.006.008.0010.00,试验次数,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2.705.105.807.609.10,2.503.905.707.709.30,2.404.205.907.809.50,2.505.005.907.709.30,2.703.806.007.809.10,2.303.906.107.809.50,2.503.906.007.809.50,2.503.906.107.709.50,2.403.906.407.809.60,2.404.006.307.509.20,2.604.106.007.609.30,2.403.806.107.709.40,零件平均值,基准值,偏倚,极差,2.494.136.037.719.38,2.004.006.008.0010.00,+0.49+0.13+0.03-0.29-0.62,0.400.130.70.30.5,54,测量系统的线性,1.20,1.00,0.80,0.60,4.00,0.40,0.20,0.00,-0.20,-0.40,-0.60,6.00,8.00,10.00,偏倚,基准值,偏倚Y与基准值X的散点图如左，从图上看，诸点在一条直线附近。设此直线的方程为Y=b+aX,则其中的截距b和斜率a可用最小二乘估计法求得：a=-0.1317,b=Y-aX=0.7367,该测量系统的线性方程为,Y=0.7367-0.1317X,还可算得其相关系数r=0.98，说明偏倚Y和基准值之间有良好的线性关系,55,测量系统的线性,线性=斜率X过程变差,它用来表示量具的线性程度，愈小愈好。,56,如果测量系统为非线性,查找以下可能因：,在工作范围内上限或下限内仪器没有正确校准最小或最大值校准量具的误差磨损的仪器仪器固有的设计特性,57,计数型测量系统研究,就是把各个零件与某些指定限值相比较，如果满足限值则接受该零件，否则拒收。计数型量具不能象计量型量具指示一个零件多么好或多么坏，它只能指示该零件被接受还是拒收。,Given:SpecificationlimitsConformingPartsNon-Conforming,58,计数型测量系统研究,案例生产过程处于统计受控并且性能指数=0.5是不可接受的。因为该过程生产不合格产品，需要一个遏制措施把不可接受的产品从生产中选出来。,59,计数型测量系统研究,为了遏制行动，项目小组选择了一个计数型量具，把每个零件同一个特定的限定值进行比校。如果满足限定值就接受该零件，反之拒绝零件。(众所周知的通过或不通过量具)。,60,小样法之做法（第二版）,先选取二十个零件来进行。选取二位评价人以一种能防止评价人偏倚的方式两次测量所有零件。在选取二十个零件时，必须有一些零件稍许高或低于规范限值。所有的测量结果(每个零件测四次)一致则接受该量具，否则应改进或重新评价该量具，如果不能改进该量具，则不能被接受并且应找到一个可接受之替代测量系统。,61,一个典型的用于计数型量具研究小样法的表格如下：,62,小样法（第三版）,小样法研究概念与计量型一样，但测量却完全不同。它着重强调评价人在重复检测合格与不合格零件时的有效性或能力。评价人拒收合格零件或接受不合格零件的风险有多大。当评估再现性时可以比较不同评价人的有效性。,63,有效性E,准确检测合格与不合格零件的能力。它介于0到1之间，1是最完美的。计算公式如下：E正确识别的零件数/正确数量的总机会数正确数量的总机会数是零件数和每个零件被测次数的乘积。例如：10个零件各测3次，则正确数量的总机会数将为3x1030,64,漏报概率（ProbabilityofaMiss）,漏报概率是指接收一个不合格零件的机会。它将是非常严重的错误。因为它会接受不合格零件。计算公式：Pmiss漏报数量/不合格零件机会总数不合格零件机会总数：研究中所用的不合格零件与每个零件被测次数的乘积。例如：5个不合格零件各测3次，则不合格零件机会总数将为3x515,65,误报概率(Probabilityofafalsealarm)Pfa,误报概率是指拒收一个合格零件的机会。它没有漏报严重，因为它拒收的是合格零件。但它将造成不必要的返工和重检。若Pfa过大，大量的成本将浪费于返工和重检。计算Pfa误报数量/合格零件机会总数合格零件机会总数：研究中所用的合格零件与每个零件被测次数的乘积。例如：6个合格零件各测3次，则合格零件机会总数将为3x615,66,研究方法,随机从过程中抽取50个零件样本，以获得覆盖过程范围的零件。3名评价人，每位评价人对每个零件评价3次（1）定为接受，（0）为拒绝,经验:与收集计量型数据采样完全不一样，并非随机选择零件，由适当的人员选取并能判别合格或不合格的零件。所选零件数参见下表。选1/3合格，1/3不合格，1/3边缘产品（marginal），边缘产品又可以细分为合格边缘和不合格边缘产品。最终样品由合格/不合格来组成。,67,68,1.总结数据评价人之间,评价人和基准之间评价人每次之间的一致性,假设检验分析交叉表分析法,69,Po=对角线单元中观测值的总和=(11+127)/150=0.92Pe对角线单元中期望值的总和=(1.9+117.9)/150=0.80,计算科恩的Kappa,70,Kappa=(P0-Pe)/(1-Pe)=(0.97-0.83)/(1-0.83)=0.14/0.17=82%当Kappa大于0.75表示好的一致性（Max为1），小于0.4表示一致性差。,结论：所有的评价人之间表现出的一致性好,计算科恩的Kappa,71,评价人与基准判断的比较,同样以Kappa来决定评价人与基准判断的一致程度,结论：所有的评价人与基准之间表现出的一致性好,A与基准判断的交叉表,同样的做出B和基准判断以及C和基准判断的交叉表,72,3.测量系统的一致性,相当于测量系统的重复性,错误的拒收(评价人偏倚造成的拒收,错误的接受(评价人偏倚造成的接受,不相配,评价人自己在所有试验上都一致评价人在所有试验上都与基准一致,73,5.计算漏发警报和误发警报,漏发警报=实际不好判为好的/实际不好的误发警报=实际好判为不好的/实际好的,74,判断准则:,对于边缘性接受和不能接受的仪器或评价人要求实施纠正措施并在完成纠正措施以后，重新进行检验能力的研究。,75,确定重复性和再现性指南,获取一个样本零件数n5，应代表实际的或期望的过程变差。选择评价人A、B、C等，零件的号码从1到n。评价人不能看到零件编号。如果是正常测量系统的一部分，应校准量具。让评价人A以随机顺序测量n个零件，将结果填入第一行。让评价B、C测量同样的n个零件，而且他们之间不能见到彼此的结果，输入数据到第6行和第11行。用不同的隨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。例如如果第一个测量的是7号零件，那么将结果记录在标示著零件7的列。如果需要重复试验3次，重复循环并输入数据到3、8、13行。,76,控制限内部区域表示的是测量灵敏度。因为研究中使用的零件子组代表过程变差，大约一半或更多的均值应落在控制界限以外。如果数据显示出这样的图形那么测量系统应该能够充分探测零件与零件之间的变差并且测量系统能够提供对过程控制有用的信息。如果少于一半的均值落在控制限外，则测理系统缺乏足够的分辨力或样本不能期望的过程变差。,确定重复性和再现性指南,77,数值计算,第1、2、3行中最大的读数减去最小的读数；结果记入第5行。同样方法处理6、7、8行和11、12、13行，将结果记入对应的10、15行。在第5、10、15行都是极差，所有为正值。求第5行的总和再除以零件样本的数量，得到第一个评价人试验的极差均值Ra，用同样方法处理第10、15行得到Rb和Rc。将第5、10、15(Ra、Rb、Rc)行的数据记到第17行。将其求和再除以评价人数，结果记为R(所有极差的均值)。,78,数值计算,将R(平均值)输入到19和20行，乘以D4得到上下控制限。注意如果做2次试验D4为3.27。单个极差的上控制限(UCLR)记到第19行。试验少于7次时，下控制限(LCLR)为0。求这些行(第1、2、3、6、7、8、11、12和13行的和。用每行的总和除以样本零件数，将计算值输入最右边标有“平均值”的列。将行1、2、3的均值加起来，用总数除以试验次数，将结果输入第4行Xa格中，第6、7、8和11、12、13行重复同样的计算，将结果输入第9行、14行的相应的Xb、Xc格中。,79,数值计算,将第4、9、14行的最大和最小均值输入第18行对应位置，确定它们的差值，将差值填入第18行标有XDIFF的位置以确定差异。对于每个零件的每次试验的测量值求和，用总和除以试验次数，将结果输入第16行零件均值格内。用最大的零件值减去最小的零件均值，将结果输入到第16行标有Rp的格中。表示零件均值的极差。,80,81,82,数值计算,将计算的结果值R、XDIFF、Rp转记到提供的报告表格栏中。在表格左边标以“测量单元”的列进行计算。在表格右边标以“总变差%”的列进行计算。检查结果确认没有发生错误。,83,数据结果分析,重复性或设备变差(EV)是由极差平均值R乘以一个常数(K1)来决定，K1取决于量具研究中的测量次数，可由查表得知。再现性或评价人变差(AV)是由评价人的平均值的最大差值(XDIFF)乘以一个常数(K2)来决定，K2取决于量