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测量系统分析MeasurementSystemAnalysis 王一MSA与ISO TS16949 2002 ISO TS16949 20027 6 1测量系统分析为分析各种测量和试验设备系统测量结果存在的变差 必须进行适当的统计研究 此要求必须适用于在控制计划提出的测量系统 所用的分析方法及接收准则 必须与顾客关于测量系统分析的参考手册相一致 如果得到顾客的批准 也可以采用其它分析方法和接收准则 主要内容 1测量系统术语介绍2统计学知识补充3测量系统研究的准备4测量系统分析方法 Outline 术语介绍 参考标准 校准标准 工作标准 传递标准 传递标准 传递标准 检查标准 基准 基准 不同标准之间的联系 测 量 备 试 验 设 数据 一组条件下观察结果的集合 既可以是连续的 一个量值和测量单位 又可以是离散的 属性数据或计数数据如成功 失败 好 坏 过 不通过等统计数据 测量系统术语介绍 测量 赋值 或数 给具体物以表示它们之间关于特定特性的关系 赋值过程定义为测量过程 而赋予的值定义为测量值 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 术语介绍 测量系统 是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具 标准 操作 方法 夹具 软件 人员 环境和假设的集合 用来获得测量结果的整个过程 测量和试验设备 M TE 完成一次测量所必需的所有测量仪器 测量标准 基准材料以及辅助设备 有关术语 基准用于校准过程的参考标准 也被称为参考标准或校准标准 基准值 同意作为比较基准的一个数值 人为规定的可接受值 需要一个可操作的定义 作为真值的替代基准值可能是 一个理论值或基于科学原理而确定的值 基于一些国家或国际组织的一个指定值 基于某科学或工程组织主持的合作试验工作的 一致同意的数值 用于特殊量的定义相一致的值 按照惯例有时接受用于某已知目的 术语介绍 标准一个标准是根据普遍认同的意见使之作为比较的基础 是一个可接受的模型 它可能是一件人工制品或总效果 各种仪器 程序等 由某一权力机构确定和建立 作为数量 重量 范围 值或质量的测量规则 参考标准一般在给定位置可得到的最高计量质量标准 在这个位置进行的测量 都是以此标准为最终参照 术语介绍 校准标准在进行定期校准中作为基准的标准 用来减轻按照试验室基准来进行的样准工作负担 传递标准用于一个独立的已知值的标准与正在校准的元件进行比较的标准 术语介绍 工作标准在试验室中用于进行定期测量的标准 不用于校准标准 但是也许可以用作传递标准 需要仔细考虑针对某一标准的材料选择 材料的使用应反映测量系统的使用和范围 以及基于时间的变差源 如磨损及环境因素 温度 湿度等 检查标准一个非常类似设计测量过程的测量人工制品 不过它本身比被评价的测量过程更稳定 术语总结 标准的总结用于比较的可接受的基准用于接受的准则已知数值 在表明的不确定的度界限内 作为真值被接受基准值一个标准应该是一个可操作的定义 由供应商或顾客应用时 在昨天 今天和明天都具有同样的含义 产生同样的结果 术语介绍 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 术语介绍 参考值 续 理论值 根据科学原理而得 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 同意值 根据由科学或工程组主持下的合作实验工作而得 由用户 诸如专业和贸易组织在意见完全一致情况下来定义 协议值 由有关各方明确一致同意的值 术语介绍 参考值 续 在所有情况下 参考值必须基于可操作的定义和可接受的测量系统的结果 为此 用于决定参考值的测量系统应包括 使用比用正常评价的系统要高的分辨等级和较低的测量系统误差的仪器 使用源于 美国 国家标准和技术局 NIST 或其他的NMI的标准进行校准 术语介绍 真值真值是零件的 实际 测量值 虽然这个值是不知道的 并且是不可能的 经济地 接近这个值 遗憾的是 真值的确从没能被知道 在所有的分析中 参考值被用作真值的近似值 因为参考值被用作真值的替代值 所以这些标准术语常常互换使用 不过不推荐这种用法 真值的总结 物品的实际值 未知的和不可知的 术语 基本设备 分辨力 DISCRIMINATION 指一个测量仪器对标准测量单位可再分的程度1 10经验法则鉴别力 RESOLUTION 指一个测量仪器监测出被测量量的变差的能力 术语介绍 分辨力 续 1 10经验法则测量仪器分辨力的第一准则应该至少是被测量范围的十分之一 传统上 此范围就是产品公差范围 最近 此范围指过程变差 即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 即过程的焦点是顾客指定的目标值 分辨力 可读性 分辨率 最小的读数单位 刻度限度 由设计决定的固有特性 测量或仪器输出的最小刻度 1 10经验法则 过程变差与公差较小者 有效分辨力 一个数据分级 定义 考虑整个测量系统变差时的数据分级大小 ndc Ndc 1 41x PV GRR 左图 只能表明过程是否正在生产合格零件 Numberofdataclassification 有效分辨力 2 4个数据分级 左图 只能粗略估计过程 不能用于计量控制 5个或更多个个数据分级 左图 可用于计量控制图达到5个以上分级数建议使用 有效分辨力 有效分辨力区分 example 6 10 10 4个分级数 10个分级数 术语介绍 分辨力 续 由于经济和物理上的限制 测量系统不能识别过程分布中所有零件的独立的或不同的被测特性 被测特性将测量值划分为不同的数据组 在同样的数据组里的各个零件将有同样的被测特性值 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特性而言 这个系统也许不是一个合适的系统 应使用更好的测量技术 术语介绍 分辨力 续 如果该分辨力不能探测过程变差 其用于分析过程是不可接受的 并且如果它不能探测特殊原因的变差 则其不能用于控制 参见下图分辨力不足的情况可能会在控制图中表现出来 参见图表 术语介绍 X R控制图分辨率 0 001 0 145 0 140 0 135 样本均值 子组 0 5 15 20 25 10 UCL 0 1444 Mean 0 137 LCL 0 1350 0 02 0 01 0 00 样本极差 R 0 00812 ULC 0 01717 LCL 0 术语介绍 X R控制图分辨率 0 01 0 145 0 140 0 135 样本均值 子组 0 5 15 20 25 10 UCL 0 1438 Mean 0 1397 LCL 0 1359 0 02 0 01 0 00 样本极差 R 0 0068 ULC 0 01438 LCL 0 术语介绍 分辨力 续 上述两控制图取自同样的数据 不同之处就是一个分辨力是0 001 另一个是0 01 但控制图显示的结果却是不同 一个受控 一个失控 为什么 失控的原因是分辨力不足 术语介绍 分辨力 续 当使用稳定的 最高等级的 并在切实可行的技术限值内的测量系统后 可以达到稳定的 高能力的过程 然而 有效分辨率也许不足 并且进一步改进测量系统变得不可行了 在这些特殊的情况下 测量计划需要其它代替性的过程监测技术 只有具有一定资格的 熟悉测量系统和过程的技术人员 才能作出决定并用文件记录 这些都要求获得顾客的批准 并在控制计划中文件化 术语介绍 偏倚是对同样的零件的同样特性 真值 基准值 和观测到的测量平均值的差值 术语介绍 稳定性 或漂移 是测量系统在某一阶段时间内 测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量总变差 换句话说 稳定性是偏倚随时间的变化 术语介绍 线性在设备的预期操作 测量 范围内偏倚的不同被称为线性 线性可以被认为是关于偏倚大小的变化 线性的总结 整个正常操作范围的偏倚改变 整个操作范围的多个并且独立的偏倚误差的相互关系 测量系统的系统误差分量 术语介绍 术语介绍 重复性 由一位评价人多次使用一种测量仪器 多次测量同一零件的同一特性时获得的测量变差 在固定和规定的测量条件下连续 短期 试验变差 通常指E V 设备变差 仪器 量具 的能力或潜能 系统内变差 术语介绍 再现性 由不同的评价人使用同一个量具 测量一个零件的一个特性时产生的测量平均值的变差 对于产品和过程条件 可能是评价人 环境 时间 或方法的误差 通常指A V 评价人变差 系统间 条件 变差 置信区间 期望包括一个参数的真值的值的范围 在希望的概率情况下叫置信水平 统计检定时 常常取用置信水平 95 时 表示 1 96 的范围 量具R R GRR或量具R R 量具重复性和再现性 测量系统重复性和再现性合成的估计 换句话说 GRR等于系统内部和系统之间的方差的总和 GRR 再现性 重复性 显著水平 被选择用来测试随机输出概率的一个统计水平 也同风险有关 表示为 风险 代表一个决定出错的概率 第一种错误 第二种错误 及 风险说明 溯源性 在商品和服务贸易中溯源性是一个重要概念 溯源到相同或相近的标准的测量比那些没有溯源性的测量更容易被认同 这为减少重新试验 拒收好的产品 接收坏的产品提供了帮助 溯源性在ISO计量学基本和通用国际术语 VIM 中的定义是 测量的特性或标准值 此标准是规定的基准 通常是国家或国际标准 通过全部规定了不确度的不间断的比较链相联系 普通工作计量器具 国际基准或物理定义 国家基准 副基准 国家法制计量工作部门工作标准器 计量校准实验室工作标准器 工业部门测试实验室企业工作标准 比较装置 方法 比较装置 方法 比较装置 方法 比较装置 方法 比较装置 方法 传递装置 5级 4级 3级 2级 1级 有关术语 准确度 位置变差接近真值或可接受的基准值的程度精密度 宽度变差重复读数彼此之间的接近度指不同的评价人 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一致性 宽度变差重复性随时间的变化程度 一个一致的测量过程是考虑到宽度 变异性 下的统计受控 术语总结 分辨力 可读性 分辨率 别名 最小的读数的单位 测量分辨率 刻度限度或探测限度 由设计决定的固有特性 测量或仪器输出的最小刻度单位 总是以测量单位报告 1 10经验法则 统计学知识补充 总体 个体 样本研究对象的全体称为总体构成总体的每个成员称为个体统计学的主要任务就是 1 研究总体是什么分布 2 这个总体的均值 方差是多少 从总体中抽取部分个体所组成的集合称为样本 样本的个体称为样品 样品的个数称为样本容量 用n表示 统计学知识补充 均值 用来表示分布的中心位置 通常用E X 或 来表示 计算公式 xipiX是离散型分布E X xp x dxX是连续型分布方差 用来表示分布的散布大小 通常用D X 或 2来表示 方差大意味着分布较宽较分散 方差小意味着分布较窄较集中 统计学知识补充 样本均值 x xi n样本均值处于样本的中间位置 它可以反映总体分布的均值 样本方差 s2 xi x 2 n 1 样本标准差 s 统计学知识补充 正态分布N 2 其中 是正态分布的中心 质量特性X在 附近取值的机会最大 2是正态分布的方差 越大 分布俞分散 越小 分布俞集中N 0 1 为标准正态分布 统计学知识补充 峰态分析 正态分布的概率 只要知道平均值和标准差就可以确定分布 正态分配的性质1 分布形态对称于横坐标上平均点上的垂直线 2 正态分配曲线左右两尾逐渐接近于横坐标轴 但不于横坐标相交 3 曲线下横轴上的面积等于1 其概率分布如下图 统计学知识补充 正态概率的分布 P 1 X 1 0 6827 P 2 X 2 0 9545 P 3 X 3 0 9973 能做到3 就可以了 P 6 X 6 0 9999966 统计学知识补充 正态分布的标准化变换设X N 2 则U X N 0 1 即 任一正态变量经过标准化变换 X 后都可归一到标准正态分布如 X N 10 22 通过标准化变换U X 10 2 N 0 1 统计学知识补充 0 7 U0 7 0 525 0 3 0 a ua 0 1 a 标准正态分布N 0 1 的分位数P x ua a 记为a的分位数为uaua u1 a 统计学知识补充 如果X N 2 则样本均值X N 2 n 即 X xi n N 2 n 正态分布查表练习已知a 0 05查ua已知ua 0 56查a 统计学知识补充 t分布 正态样本均值X的标准化变换中用样本标准差s代替总体标准差 后的分布是自由度为n 1的t分布 记为t n 1 即 n X s t n 1 t分位数P t ta a 记为a的分位数为tata t1 at分布的查表练习n 10a取0 05查表t1 a 2 n 1 统计学知识补充 参数估计 点估计 区间估计点估计 用样本均值X去估计总体均值 用样本方差s2去估计总体方差 2用样本标准差s去估计总体标准差 正态标准差 的无偏估计有两个 R R d2 s s c4 统计学知识补充 区间估计 对于参数x 如果估计x落在x1和x2之间的概率为1 a 即 P x1 x x2 1 a则称随机区间 x1 x2 是x的置信水平为1 a的置信区间 如果P x2 x P x x1 a 2 则称这种置信区间为等尾置信区间 统计学知识补充 正态总体参数的置信区间 估计 已知时 1 a的置信区间为x u1 a 2 n估计 未知时 1 a的置信区间为x t1 a 2 n 1 s n 统计学知识补充 假设检验 基本思想是根据所获样本 运用统计分析方法 对总体X的某种假设H0作出接受或拒绝的判断 具体作法 1 建立原假设H0 0备选假设H1 02 选择检验统计量 给出拒绝的形式3 给出显著性水平a 常取a 0 054 定出临界值c 写出拒绝域W5 判断 统计学知识补充 正态总体均值 的假设检验 已知时 用u检验H0 0 0 0 H1 0 0 0 检验统计量 u x 0 n 对应的拒绝域 u u1 a u ua u u1 a 2 统计学知识补充 正态总体均值 的假设检验 未知时 用t检验H0 0 0 0 H1 0 0 0 检验统计量 t x 0 s n 对应的拒绝域 t t1 a n 1 t ta n 1 t t1 a 2 n 1 测量系统研究的准备 背景需要对两个重要的方面进行评定 1 验证在适当的特性位置正在测量正确的变量 若适用还要验证夹紧和锁紧 另外 还要识别与测量相互依赖的任何关键的环境因素 2 确定测量系统需要具有何种统计特性才是可接受的 测量系统的共有特性 测量系统必须处于统计控制中 即测量系统变差只能是由于普通原因 而不是由于特殊原因造成的 测量系统的变异必须比制造过程的变异小 测量精度应高于过程变异和公差带两者中精度较高者 一般来说 测量精度过程变异和公差带两者中精度较高者的十分之一 测量系统统计特性可能随被测项目的改变而变化 测量系统最大最坏变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者 评价测量系统时应确定的三个原则 测量系统是否具有足够的分辨力 测量系统在一定时间内是否在统计上保持一致 统计性能在预期范围内是否一致 用于过程分析和控制是否可接受 测量系统评定的两个阶段 阶段1 了解测量过程 以及该过程是否满足要求 阶段2 测量过程随时间的推移是否满足要求 MSA方法列表 选择 制定试验程序 当选择或制定一个评定方法时 应考虑的问题 试验中是否应使用可溯源的标准 应考虑使用盲测法以免受霍桑效应的干扰 试验成本 试验所需要的时间 明确术语的定义是否由这个测量系统取得的测量结果要与另外一个测量系统的到的测量结果对比 第2阶段试验应每隔多久进行一次 特殊测量系统的特殊问题 测量系统研究的准备 1 先计划要使用的方法 2 评价人的数量 样品数量及重复读数次数 考虑 a 尺寸的关键性 b 零件结构 3 评价人的选择应从日常操作该仪器的人中挑选 4 样品的选择对正确的分析至关重要 5 仪器的分辨力至少直接读取特性的预期变差的1 106 确保测量方法正在测量特性的尺寸并遵守规定的测量程序 应注意的问题 为最大限度地减少误导结果的可能性 应采取下列步骤 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 评价人不应知道哪个被编号的零件正在被检查 以避免可能的认识偏倚 但是进行研究的人应知道正在检查那一零件 并相应记下数据 即评价人A 零件1 第一次试验 评价人B 零件4 第二次试验等 应注意的问题 2 在设备读数中 测量值应记录到仪器分辨率的实际限度 机械装置必须读取和记录到最小的刻度单位 对于电子读数测量计划必须为记录所显示的最右有效数位建立一个通用的原则 模拟装置应记录至最小刻度的一半或灵敏度和分辨力的极限 对于模拟装置 如果最小刻度为0 0001 则测量结果应记录到0 00005 3 研究工作应由了解进行可靠研究的重要性的人员进行管理和观察 应注意的问题 当制定第 阶段或第 阶段试验计划时 有几方面因素需要考虑 评价人对测量过程有何影响 若有可能 平时使用该测量装置的评价人应该包括在本研究中 评价人对测量设备的校准是否可能是引起变差的一个显著原因 若是 评价人应该在获取每组读数之前重新对设备进行校准 要求有多少样品和重复的读数 所要求的零件的数量将取决于被测特性的重要性以及测量系统变差估计中所要求的置信水平 测量系统评定的阶段 第一阶段 明确测量过程 确定该测量系统是否具有所需的统计特性 如果确定该测量系统不具备正确的特性 则不再使用它 确定那种环境因素对测量系统有显著影响 以验证该测量系统是可行的 具有持续恰当的统计特性 测量系统评定的阶段 第二阶段证明该测量系统持续具有恰当的统计特性 作为组织正常的校准程序 维护程序 和计量程序的一部分日常工作 测量系统试验 测量系统试验程序应完全文件化 文件化内容 示例 选择待测项目和试验程序应用环境的规范 规范应是采用试验统计设计的形式 如何收集 记录 分析数据的详细说明 关键术语和概念可操作的定义 如果程序需要使用特殊标准 该文件应包括这些标准的储存 维护和使用的说明 评定的时间 进行评定的机构职责 对评定结果反应的方式及责任 由管理部门明确授权 MSA 测量系统分析 测量系统的变差源 用因果图分析 S 标准W 工件 零件 I 仪器P 人 程序E 环境 测量系统变异性的影响 对产品决策的影响I类错误 好判 坏 生产者风险 误发警报II类错误 坏判 好 消费者风险或漏发警报 测量系统变异性的影响 对过程决策的影响把普通原因报告为特殊原因把特殊原因报告为普通原因新过程的接受 MSA 测量系统分析 测量数据质量 与在稳定的操作条件下由一个测量系统获得的多个测量值的统计特性有关基准值基准值是一个可溯源的标准值 如果没有 可在已经测量的数据中选定一个中程数 即选择一个较准确的量具 对被测零件测量10次 计算其平均值 这个平均值可作为本次测量的基准值 MSA 测量系统分析 评价测量系统的第一步 验证该系统一直在测量正确的变量 评价测量系统的第二步 确定该测量系统必须具有什么样可接受的统计特性 选择评定方法应考虑的问题 试验中是否应使用有关可溯源的标准 试验成本 试验所需的时间 任何未被接受的术语应做出可操作的定义 是否需要将本测量系统的测量结果与其它测量系统的测量结果进行对比 对于正在进行的第二阶段进行的试验 考虑使用盲测 第二阶段试验应每隔多久进行一次 MSA 测量系统分析 测量系统分析 评价人的选择 样本的选择 量具的选择 对测量的要求 测量系统分析过程 计划要使用的方法 确定负责人 评价人的数量 样本数量 重复读数的次数 确定因素应考虑 尺寸的关键性 零件结构 评价人应是操作者 样品应是生产过程中随机选取 可持续若干天 应足够反映工作范围的情况 测量系统分析过程2 3 检查将要评价的量具 量具的分辨率应允许至少读取特性的预期过程变差的十分之一 即如果测量的最小值为0 001 量具精度应能够读取到0 0001 4 如果量具需要调零 应预先调整好 5 测量应按照随机方式进行 评价人在每次测量尺寸时 不应知道该零件的编号 6 每位评价人应采用同样的方法 步骤获取读数 测量系统分析过程3 7 测量的末位数应选取在量具刻度的最接近数字 如 量具精度为0 0001 读数在两个刻度中间 此时可按照大约位置估计其量值为0 00005 8 负责人负责编写零件编号 记录每次的零件顺序和测量读数 按照规定对数据进行处理 9 根据判定原则确定该量具是否可以接受 人 设备 零件 方法 环境 检验要求 测 测量系统的组成 一 量具造成的重复误差测试仪器刚度 夹紧装置松动等 二 评价人的误差评价人测试能力 测试方法的掌握程度 量具刻度盘刻度不清楚等 三 评价人与零件的交互作用评价人在测量不同的零件时 产生的测量偏差可能不同 测量系统的变差 一 零件变差零件制造过程中形成的变差 二 测量系统的变差量具误差 评价人误差及评价人与零件交互作用之和 三 总过程变差总过程变差为测量系统的变差与零件变差之和 四 测量系统的评价测量系统变差占总过程变差的百分比 测量系统的评价 测量系统分析方法 测量系统分析实施流程图 测量是否已准备 是否有不同的测量仪器 测量是否任意分配 供测试用零件是否超过300件 是否有不同的测量仪器 适用的分析时间 暂时不考虑 计数型量具研究 小样法 极差法 计数型量具研究 大样法 均值极差法方差分析法 图表分析 是 是 是 是 是 是 否 否 否 否 否 否 分辨力 分辨率 稳定性偏倚线性重复性再现性 测量系统变差类型 MSA方法的分类 MSA 计量型 计数型 破坏型 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 MSA方法列表 影响测量结果的因素 测量系统分析MSA 量具重复性和再现性GageR R repeatabilityandreproducibility 测量系统分析MSA测量系统研究 适用于所有列入控制计划的测量系统计量型 Variable 计数型 Attribute 量具重复性和再现性可接受标准低于10 误差 测量系统可接受10 至30 误差 考虑重要性 量具成本 维修成本可能接受大于30 的误差 需改 测量系统分析MSA测量系统研究 测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力 R 0 0 01 极差图 a b 测量系统的分辨力 分辨率 在如下情况下显示测量的分辨力不足 当极差图中只有1个 2个或3个极差值在控制限值内时 当4个极差值在控制限值内 且超过四分之一以上的极差为零 测量系统的分辨力 分辨率 可视分辨率测量仪器可显示的最小刻度值 如果相对于过程变差 可视分辨率较小 测量系统将具有足够的分辨率 为得到足够的分辨率 可视分辨率最多是总过程6 标准偏差 的十分之一 而不是传统的所谓公差范围的十分之一 测量系统的分辨力 分辨率 1个数据分级 控制分析 只有在下列条件下才可用于控制 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 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 依据过程分布可用于半计量控制技术 可产生不敏感的计量控制图 一般来讲 对过程参数及指数的估计 不可接受 只提供粗劣的估计 可用于计量控制图 建议使用 测量系统的分辨力 分辨率 数据分级数被测特性将根据测量值分为不同的数据组 如果不能测定出过程的变差 这种分辨率用于分析不可接受 如果不能测定出特殊原因的变差 用于控制也不可接受 测量系统分辨力的判别准则 数据分级数 零件变差 测量系统变差 x1 41 测量系统的分辨力 分辨率 零件间变差是零件制造过程中形成的变差 是生产过程控制中重点监控的对象 当测量系统的重复性误差超过了零件间变差 就像用一个大磅秤称量小金块间毫克之差一样不可接受 所以一个测量系统是否可接受 应以其测量的重复性 再现性与零件间变差相比较后才能确定 零件间变差 零件间变差计算示例1 计算各零件平均值的极差 Rp 1 2 3 4 5零件的平均值分别为 217 3 217 7 216 0 213 0 219 2Rp MAX X MIN X 219 2 213 0 6 22 计算零件标准偏差的估计值 p p Rp d2 6 2 2 48 2 50d2由附表2查得 其中零件数m 5 g 1 零件间变差 零件间变差计算示例3 计算零件变差 PV PV 5 15 p 5 15 2 50 12 84 计算过程总偏差 t t SQR p2 m2 SQR 2 502 1 472 2 905 计算总过程变差 TV TV 5 15 t 5 15 2 90 14 9 零件间变差 零件间变差计算示例6 计算重复性 再现性与过程总变差的百分比值 EV e t 100 EV TV 100 7 5 14 9 100 50 3 AV 0 t 100 AV TV 100 1 0 14 9 100 6 7 R R m t 100 R R TV 100 7 6 14 9 100 50 7 零件间变差 零件间变差计算示例7 计算数据分级数数据分级数 PV R R 1 41 12 8 7 6 1 41 2 零件间变差 计数型测量系统评价 计数型测量系统属于测量系统中的一类 测量值是一种有限的分级数 与结果是连续值的计量型测量系统不同 最常见的是通过 不通过量具 只可能有两种结果 与计量型量具不同 计数型量具不能指出一个零件有多好或多坏 只能指出零件可接受或拒绝 如两个分级 MSA第三版中介绍的方法 风险分析法 假设检验分析 交叉表方法信号探测法解析法 零件 尺寸分区 LSL中心值USLIIIIIIIIII区 坏零件永远被测量为坏零件II区 可能作出错误决定的区域III区 好零件永远被测量为好零件 II区的宽度是多少 风险分析法 前题条件 由于此类方法不能量化测量系统的变异性 只有当顾客同意的情况下才能使用 使用基础 良好的统计实践 了解潜在的可影响产品和测量过程变差源 了解一个不正确的判断对保持过程或最终顾客的影响 风险分析法 数据收集随机从过程中抽取50个零件样本 以获得覆盖过程范围的零件 使用3名评价人 每位评价人对每个零件评价3次 将评价结果记录在 计数型研究数据表 中 1代表接受 0代表不接受 参见附表 评价的组织人员通过使用实验室设备等获得每个零件的基准值 表中的 代表零件处于I区 III区和II区 稳定性 或漂移 是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差 稳定性 时间2 时间1 测量系统稳定性的分析方法 1 选定一个标准样本 2 同一个评价人按一个固定的周期 如一星期 对标准样件测量三次 3 计算平均值和极差 4 绘制均值极差图 5 计算X R和上下控制限 6 分析均值图和极差图的变化趋势 稳定性 稳定性 Stability 测量系统分析MSA测量系统误差的类型 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 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 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 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 稳定性分析的做法 计算控制界限平均值图 Xbarbar A2Rbar XbarbarR值图 D4Rbar Rbar D3Rbar划出控制界限将点子绘上先检查R图 是否连续25点都在控制界限内 以判定重复性是否稳定 再看Xbar图 是否连绩25点都在控制界限内 以判定偏移是否稳定 若控制图稳定 可以利用Xbarbar 标准值 进行偏差检定 看是否有偏差 若控制图稳定 可以利用Rbar d2来了解仪器的重复性 稳定性分析的做法 后续持续点图 判图如果前面的控制图是稳定的 那么就可以将此控制界限做为控制用控制界限 我们后续就固定时间 使用同样的样本 同样的测量仪器 同样的测量人员 此时由于样本 仪器 人都是固定的 所以如果绘出来的图形有异常 一般就代表仪器有问题 要进行相应的处理 异常的判定采用点 线 面原则识别异常因素异常的处理R图失控 表明不稳定的重复性 可能什么东西松动 阻塞 变化等 X BAR失控 表明测量系统不再正确测量 可能磨损 可能需重新校准 稳定性分析的做法 保留记录各项的分析记录要保存下来 可以和PPAP档案存放在一起 以有效证明公司的测量仪器其测量能力是足够的 范例 稳定性 Stability 漂移 指测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差 稳定性是变差对时间的增量 位置变差 稳定性测量系统误差的类型 稳定性 测量系统分析 稳定性 稳定性选取样本 具备预期测量的最低 最高值和中程数的标准样本是较理想的 定期测量建立均值极差图分析评价失控或不稳定状态极差图的失控状态表明不稳定的重复性 仪器夹紧装置松动 气路部分闭塞 电压变化等 均值图失控表明测量系统不再正确地测量 应确定原因 加以纠正 如果原因是磨损 则需重新校准 确定稳定性的指南 进行研究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的生产零件 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 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 确定稳定性的指南 2 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 周围环境和其它因素发生的变化 3 将数据按时间顺序画在X R或X S控制图上 确定稳定性的指南 结果分析 作图法4 建立控制限并用标准控制图分析评价失控或不稳定的状态 结果分析 数据法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 确定稳定性的指南 举例 稳定性为了确定一个新的测量装置的稳定性是否可以接受 工艺小组在生产工艺中程数附近选择了一个零件 这个零件被送到测量实验室 确定基准值为6 01 小组每班测量这个零件5次 共测量4周 20个子组 收集所有数据以后 X R图就可以做出来了 确定稳定性的指南 稳定性的均值 极差图 6 3 6 0 5 7 样本均值 子组 0 5 15 20 25 10 UCL 6 297 Mean 6 021 LCL 5 746 1 0 0 5 0 0 样本极差 R 0 47792 ULC 1 01 LCL 0 不具备稳定性的处理 系统稳定性的数值计算不是必须的 系统稳定性根据控制图趋势进行判断 按照SPC对控制图的要求找出特殊原因 从人 机 料 法 环几方面找原因 采取纠正措施 对零件 按照监视和测量装置控过程序实施 偏倚是测量结果的观测平均值与基准值的差值 基准值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 基准值 偏倚 观测的平均值 偏倚 测量系统分析MSA测量系统误差的类型 偏倚 Bias 确定测量系统偏倚的方法 1 在工具室或全尺寸检验设备上对一个基准件进行精密测量 得到基准值 2 让一位评价人用正在评价的量具测量同一零件至少15次 3 计算读数的平均值 4 偏倚 观测平均值 基准值 5 计算偏倚占过程变差的百分比值 偏倚 100 偏倚 过程变差 偏倚 偏倚分析的做法 决定要分析的测量系统 抽取样本 取值参考值 请现场测量人员测量15次 输入数据到EXCEL表格中 计算t值 并判定 是否合格 是否要加补正值 保留记录 偏倚分析的做法 决定要分析的测量系统 抽取样本 取值参考值 请现场测量人员测量15次 输入数据到EXCEL表格中 计算t值 并判定 是否合格 是否要加补正值 保留记录 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 偏倚分析的做法 决定要分析的测量系统 抽取样本 取值参考值 请现场测量人员测量15次 输入数据到EXCEL表格中 计算t值 并判定 是否合格 是否要加补正值 保留记录 自生产现场抽取样本 一般是取在过程中间的产品 拿取此产品到更高精密的测量设备 测量十次 加以平均 取得参考值 如果标准样本为可溯源的基准值 则直接作为参考值 偏倚分析的做法 决定要分析的测量系统 抽取样本 取值参考值 请现场测量人员测量15次 输入数据到EXCEL表格中 计算t值 并判定 是否合格 是否要加补正值 保留记录 现场人员测量 现场人员 指的是实际在现场从事测量工作的人员 由他们来进行测量 才能真正了解公司测量的偏差是多少 重复测量十五次 记录其值 偏倚分析的做法 决定要分析的测量系统 抽取样本 取值参考值 请现场测量人员测量15次 输入数据到EXCEL表格中 计算t值 并判定 是否合格 是否要加补正值 保留记录 将数据输入到excel的档案中 或者是minitab中 excel 我们来计算平均值 标准差 以及平均值的标准差 平均值使用的语法 average标准差的语法为 stdev 偏倚分析的做法 决定要分析的测量系统 抽取样本 取值参考值 请现场测量人员测量15次 输入数据到EXCEL表格中 计算t值 并判定 是否合格 是否要加补正值 保留记录 计算t值 并加以判定t值的计算法 利用 平均值 标准值 平均值的标准差 t 是指用来判定是否有明显偏差的基准 其和自由度有关 一般典型的 0 05如果t t 就代表有明显的偏移 如果t t 就代表没有明显的偏移 偏倚分析的做法 决定要分析的测量系统 抽取样本 取值参考值 请现场测量人员测量15次 输入数据到EXCEL表格中 计算t值 并判定 是否合格 是否要加补正值 保留记录 结果判定如果tt 就代表有明显的偏移 此时就要再看其所受的影响 我们利用偏差 公差 或偏差 过程变化范围来了解其受影响的比例 如果比例比较高时那么就可能仪器要停用或者修理 偏倚分析的做法 决定要分析的测量系统 抽取样本 取值参考值 请现场测量人员测量15次 输入数据到EXCEL表格中 计算t值 并判定 是否合格 是否要加补正值 保留记录 保留记录各项的线性分析的记录要保存下来 可以和PPAP档案存放在一起 以有效证明公司的测量仪器其测量能力是足够的 偏差练习 数据解析结果 详细计算过程 数据解析结果 结论 因为0落在偏倚置信区间 0 1185 0 1319 内 工程师可以假设测量偏倚是可以接受的 同时假定实际使用不会导致附加变差源 位置变差 偏倚测量系统误差的类型 偏倚 BIAS 指观测平均值和基准值之间的差异 测量系统分析 偏倚 偏倚测量独立样本法确定基准值 评价人正常测量该零件10次 计算这10次读数的平均值 平均值减掉基准值计算偏倚 偏倚 观测平均值 基准值偏倚 偏倚 过程变差 示例 一位评价人对一个样件测量10次 由全尺寸检验设备确定的基准值为0 80mm 零件的过程变差为0 70mm 10次测量结果为 X1 0 75X2 0 75X3 0 80X4 0 80X5 0 65X6 0 80X7 0 75X8 0 75X9 0 75X10 0 70 X X 10 7 5 10 0 75偏倚 X 基准值 0 75 0 80 0 05偏倚 100 偏倚 过程变差 100 0 05 0 70 7 1 偏倚 确定偏倚指南 独立样本法 进行研究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 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 确定偏倚指南 独立样本法 让一个评价人 以通常方法测量样本15次以上 结果分析 作图法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 确定偏倚指南 独立样本法 结果分析 数据法计算n个读数的均值 X xi n计算可重复性标准偏差 参考具研究 极差法 如下 r max xi min xi d2 其中d2 查表确定偏倚的t统计量 偏倚 观测测量平均数值 基准值 b r nt 偏倚 b 确定偏倚指南 独立样本法 7 计算偏倚的置信区间 置信水平取95 偏倚 t1 a 2 v bd2 d2 其中参数d2 d2 v可查书上附录C或4t1 a 2 v 可从标准t表中查到8 判断置信区间是否包括0 如果0落置信区间内 偏倚在a水平是可接受的 如果0没有落在置信区间内 偏倚在a水平是不可接受的 注 如果a水平不是取0 05 必须取得顾客的同意 确定偏倚指南 独立样本法 举例 偏倚一个制造工程师在评价一个用来监视生产过程的新的测量系统 从测量系统操作范围内选择一个零件 这个零件经全尺寸检验测量以确定其基准值 而后这个零件由领班测量15次 数据如下 确定偏倚指南 独立样本法 1234567891011121314155 85 75 95 96 06 16 06 16 46 36 06 16 25 66 0 2 3 1 10 10 1 4 30 1 2 40 确定偏倚指南 独立样本法 数据分析 计算均值 偏倚 r b 可用ExcelX xi n 6 0067偏倚 均值 基准值 6 0067 6 0 0067计算可重复性标准偏差 r max xi min xi d2 其中d2 查表得3 55 6 4 5 6 3 55 0 22514 b r n 0 22514 15 0 05813 确定偏倚指南 独立样本法 确定偏倚的t统计量 t 偏倚 b 0 0067 0 05813 0 1153查附表4或C 当m 15时 d2 d2 v d2 3 472 d2 3 55 v 10 8查t分布表 附表5 确定t1 a 2 v 2 206计算置信区间 偏倚 t1 a 2 v bd2 d2 0 1185 0 1319 结论 上述偏倚的置信区间包含0 偏倚是可以接受的 确定偏倚指南 控制图法 1 获取一个样本 建立基准值 2 画直方图 评审有无特殊原因和异常 3 从控制图得到均值X4 计算偏倚 偏倚 均值X 基准值5 计算重复性标准偏差 r R d2 6 确定偏倚的t统计量 b r gt 偏倚 b7 计算偏倚在1 a置信水平的置信区间 确定偏倚指南 控制图法 偏倚 t1 a 2 v bd2 d2 其中参数d2 d2 v可查书上附录C或4t1 a 2 v 可从标准t表中查到8 判断置信区间是否包括0 如果0落置信区间内 偏倚在a水平是可接受的 如果0没有落在置信区间内 偏倚在a水平是不可接受的 注 如果a水平不是取0 05 必须取得顾客的同意 偏倚研究的分析 如果偏倚从统计上非0 寻找以下可能的原因 标准或基准值误差 检查标准程序仪器磨损 这在稳定性分析可以表现出 建议按计划维护或修整 仪器制造尺寸有误仪器测量了错误的特性仪器未得到完善的校准 评审校准程序评价人设备操作不当 评审测量说明书仪器修正运算不正确 偏倚研究的分析 如果测量系统偏倚非0 应该可以通过硬件 软件或两项同时调整再校准达到0 如果偏倚不能调整到0 也仍然可以通过改变程序 如用偏倚调整每个读数 使用 由于存在较高评价人误差的风险 应该仅与顾客合作使用 以excel来进行演算 线性 Linearity 指在量具整个工作范围内的准确度 即偏倚值的差值 位置变差 线性测量系统误差的类型 线性是在量具预期的工作范围内 偏倚值的差值 基准值 偏倚较小 观测的平均值 基准值 偏倚较大 观测的平均值 范围的较低部分 范围的较高部分 线性 测量系统分析 线性 线性选取g 5个零件覆盖量具的操作范围用全尺寸检验测量每个零件以确定其基准值并确认包括了量具的操作范围通常用该量具的操作者中的一人测量每个零件m 10次 线性 Linearity 测量系统分析MSA测量系统误差的类型 线性 变化的线性偏倚 有偏倚 基准值 无偏倚 观测的平均值 非线性 线性 线性分析的做法 决定要分析的测量系统 抽取代表过程的4 5样本每个样品精测 取值参考值 请现场测量人员测量12次 输入数据到EXCEL表格中 计算截距t值 斜率t值 是否合格 是否要加补正值或调整 保留记录 线性分析 决定要分析的测量系统由控制计划当中挑选 需要进行分析的仪器 一般典型包含了产品特性测量仪器以及过程特性测量仪器 测量风险越高的仪器要越优先分析 线性一般是在过程变异范围比较宽 只做单点的偏差分析 可能担心不足时使用 线性分析 抽取代表过程变异范围的样品 4 5个此时一般由现场当中取出 最好能覆盖最大值和最小值 针对取出的样品进行精测利用更高等级的测量设备进行测量十次 将十次的值进行平均 将此平均值做为参考值 线性分析 请现场测量人员测量每一样本12次测量人员应当是能够代表实际测量的人员 同一样品请测量人员重复测量12次 记录下测量数据 线性分析 输入数据到EXCEL表格中输入已经得到的测量数据 利用EXCEL的资料分析工具中的回归工具进行相应的计算 线性分析 计算截距t值 斜率t值利用EXCEL的资料分析工具中的回归工具进行相应的计算 我们直接看各项的t检定结果 以及看p值 线性分析 是否合格 是否要加补正值或调整检查截距的t值是否大于t 如果是大于t 则代表有明显的截距问题 或则可以直接看p值 如果p 0 05也就是代表有明显的截距问题 检查斜率的t值是否大于t 如果是大于t 则代表有明显的斜率问题 或则可以直接看p值 如果p 0 05也就是代表有明显的斜率问题 如果截距是明显的 那么先看其截距百分比 以决定其是否要加补正值 如果斜率是明显的 那么先看其斜率百分比 以决定是否要对斜率进行处理 线性分析 保留记录各项的线性分析的记录要保存下来 可以和PPAP档案存放在一起 以有效证明公司的测量仪器其测量能力是足够的 线性示例 一名工厂主管希望对过程采用新测量系统 作为PPAP的一部份 需要评价测量系统的线性 基于已证明的过程变差 在测量系统操作量程内选择了五个零件 每个零件经过全尺寸检测测量以确定其基准值 然后由领班分别测量每个零件12次 研究中零件是被随机选择的