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测量系统分析 MSA MeasurementSystemAnalysis制定 王惠志 MSA基本来源 1 MSA与QS 9000关系 TS16949的关系 2 MSA与SPC关系 第1章測量系統介紹 1 一概述 目的 術語1 1 1概述我們知道 一個製程的狀況必須經由測量來獲取相關資訊 因此量測數據將會決定製程是否應被調整 如果統計結果 製程超出管制界限 即製程能力不足時 則須對製程作某些調整 否則 製程將會在無調節的狀態下運作 測量數據的另一用途是可以檢視二個或更多變異彼此之間是否存在某種關係性 如塑膠件的尺寸將與進料溫度有關 因此 測量數據的品質對於製程分析結果佔有相當重要的因素 為了確保分析結果不致對製程誤判 就必須重視數據的品質 量測數據品質與製程是否在穩定狀況下所獲得的多種量測有關 若在穩定狀況下所獲得某一特性的量測數據 其結果 近似於 該特性的標準值 則數據品質可謂 高 若某些或全部數據偏離標準值甚遠 則數據品質可謂 低 常用於表示數據品質高低的統計特性有偏差與方差 所謂偏差是指量測數據平均值與標準值之差異 所謂方差則是指量測數據本身之間差異 如果數據品質是不可接受 則必須加以改進 然而這常常應改進量測系統本身 而非改進數據 目的 本篇的目的在於說明評價量測系統品質之準則 雖然也可以運用在其他量測系統上 但主要還是以使用在工業界製程的量測系統為主 且特性數據可重複讀取 术语 測量 Measurement 對某具體事物賦予數據 以表示他們對於特定特性之間的關係 賦予數據的過程稱為量測過程 而數據稱為量測值 量具 Gage 任一可用以量測之設備 通常是用以特別稱呼使用在生產現場者 包括GO NO GO設備 測量系統 MeasurementSystem 操作 準則 量具和其他設備 軟體及指定之一群待量測之集合 經由完整程序而取得量測值 偏差 所謂偏差是指量測數據平均值與標準值之差異 极差 所謂方差則是指量測數據本身之間差異 最大减去最小的 均值 它是样本的算术平均值 X 中位数 样本方差 表示数据波动 数据与样本均值的差的平方和除以 样本 1 样本标准差 表示数据波动 变异系数 为了比较不同的指标波动 需要排除数据量纲的影响 因而常用变异系数 它是样本标准差与样本均值的比 例 计算以下列数据均值 极差 中位数 标准方差 标准差 56789例 请说明以下两组数据哪组变异较大 105mm106mm108mm102mm104mm 1500m1495m1490m1510m1505m 数量类型 一是定性数据 如果总体X的取值只按一定特征或标准进行分类 那么这种数量便是定性数量 如 产品按标准分为一等品 二等品 等外品 二 定量数据 计量数据 如果总体X的取值是通过某种量具 仪器的测定获得 这种数据是计量数据 它们可以取某一区间中的一切实数 直径 温度等等 计数数据 如果总体X的取值是通过数数的方法获得的 它们往往只能是取非负整数 如 不合格品数 铸件上气泡数 测量系统分析 在量測過程中所得到的 量測值 絕不會是 真值 因為量測者所讀取的數據包含了 真值 以及量測的 變異 量測系統分析 MSA 提供一種系統性的方法 以鑑別出整體的製程變異中 有多少是來自於量測系統的變異觀察值 實際值 量測誤差 為什麼要進行量測系統分析確認目前的量測系統是否可接受獲得精確的量測資料找出量測系統的變異源確認改善量測系統的方向透過量測系統收集流程中所有的資訊透過量測系統收集流程中所有的資訊 同時也依據它作為系統修正的依據透過量測系統收集流程中所有的資訊 同時也依據它作為系統修正的依據 透過量測系統收集流程中所有的資訊 同時也依據它作為系統修正的依據 测量系统的统计特性 测量与分析活动是 黑盒子 测量与分析活动是一个过程 用来分析确定测量系统的质量好坏 测量系统产生多次测量结果 我们通常称为 统计特性 理想测量系统特性 零方差 零倚倚 对所测的任何产品错误分类为零概率 统计特性用于定义好测量系统 有足够分辨力 灵敏度 10 1法则 十进位法则 测量系统的统计特性是受控的 测量系统的变异性与公差相比必须小 测量系统的变异性与总变差相比必须小 國家標準一級標準 連接國家標準和私人公司 科研機構等 二級標準 從一級標準傳遞到二級標準 工作標準 從二級標準傳遞到工作標準 变差源 变差源 普通原因 特殊原因控制测量系统变差步骤 识别潜在的变差源 排除 可能时 或监控这些变差源六个基本要素 S 标准W 工件 零件 I 仪器P 人 程序E 环境 量測系統變異的來源 S W I P E 测量系统变异性的影响 1 对产品决策的影响2 对过程决策的影响3 新过程的接受 测量系统分析 2 1概述評估一量測系統時 應確定三項基本問題 A 本量測系統是否具備適當的鑑別力 B 是否具有全時的統計穩定性 C 量測誤差 變異 是否微小 2 1 1鑑別力量測系統能發現並真實地表示被測特性很小變化之能力 稱為鑑別力 如最小的量測刻度太大而不足以辨別製程變異 則為鑑別力不足 鑑別力不足的象徵將會在R CHART上顯現出來 因此 若使用鑑別力不足的量測系統所表現的R CHART 將可能造成型I誤差 测量系统变差的类型 1 偏倚2 重复性3 再现性4 稳定性5 线性 重复性又稱為量具變異 是指用同一種量具 同一位作業者 當多次量測相同零件之指定特性時所得之變異 以公式表示如下 EV EV 100 EV TV 公式說明 1 EV 為重复性 TV為全變異 2 為所有作業者執行多次量測所得之變異平均值 3 K1為再現性之係數 與量測次數有關 4 TV為全變異 TV 如果量測系統再現性不足 可能原因是 l零件內部 抽樣樣本 形狀 位置 表面光度 錐度 樣本的一致性 l儀器內部 維修 磨損 設備或夾具的失效 品質或保養不好 l標準內部 品質 等級 磨損 l方法內部 作業準備 技巧 歸零 固定夾持 點密度的變異 l評價者內部 技巧 位置 缺乏經驗 操作技能或培訓 意識 疲勞 l環境內部 對溫度 濕度 振動 清潔的小幅度波動 l錯誤的假設 穩定 適當的操作 l缺乏穩健的儀器設計或方法 一致性不好 l量具誤用 l失真 量具或零件 缺乏堅固性 應用 零件數量 位置 觀測誤差 易讀性 視差 再现性又稱為作業者變異 是指不同作業者以相同量具量測相同產品之特性時 量測平均值之變異 以公式表示如下 AV AV 100 AV TV 公式說明 1 AV為再生性 TV為全變異 2 為不同作業者所量測之平均值之最大值與最小值之差異 3 K2為再生性之係數 與作業者之人數有關 4 為被量測之零件數目 如果測量系統再生性不足 可能原因是 l零件之間 抽樣樣本 使用相同的儀器 操作者和方法測量A B C零件類型時的平均差異 l儀器之間 在相同零件 操作者和環境下使用A B C儀器測量的平均值差異 注意 在這種情況下 再現性誤差通常還混有方法和 或操作者的誤差 l標準之間 在測量過程中 不同的設定標準的平均影響 l方法之間 由於改變測量點密度 手動或自動系統 歸零 固定或夾緊方法等所造成的平均值差異 l評價者 操作者 之間 評價者A B C之間由於培訓 技巧 技能和經驗所造成的平均值差異 推薦在為產品和過程鑑定和使用手動測量儀器時使用這種研究方法 l環境之間 在經過1 2 3等時段所進行的測量 由於環境週期所造成的平均值差異 這種研究常用在使用高度自動化測量系統對產品和過程的鑑定 l研究中的假設有誤 l缺乏穩健的儀器設計或方法 l操作者培訓的有效性 應用 零件數量 位置 觀測誤差 易讀性 視差 l零件之間 抽樣樣本 使用相同的儀器 操作者和方法測量A B C零件類型時的平均差異 l儀器之間 在相同零件 操作者和環境下使用A B C儀器測量的平均值差異 注意 在這種情況下 再現性誤差通常還混有方法和 或操作者的誤差 如果測量系統再生性不足 可能原因是 l標準之間 在測量過程中 不同的設定標準的平均影響 l方法之間 由於改變測量點密度 手動或自動系統 歸零 固定或夾緊方法等所造成的平均值差異 l評價者 操作者 之間 評價者A B C之間由於培訓 技巧 技能和經驗所造成的平均值差異 推薦在為產品和過程鑑定和使用手動測量儀器時使用這種研究方法 l環境之間 在經過1 2 3等時段所進行的測量 由於環境週期所造成的平均值差異 這種研究常用在使用高度自動化測量系統對產品和過程的鑑定 l研究中的假設有誤 l缺乏穩健的儀器設計或方法 l操作者培訓的有效性 應用 零件數量 位置 觀測誤差 易讀性 視差 偏移又稱為準確度 Accuracy 是指量測平均值與真值之差值 而真值可藉由較高等級之量具量測數次之平均值而得 偏移可以下面圖形表示 T A 偏移 準確度 VT 真值VA 量測平均值 例3 1位作業者量測1個零件10次 量測值如下所示 X1 0 75X6 0 80X2 0 75X7 0 75X3 0 80X8 0 75X4 0 80X9 0 75X5 0 65X10 0 70測量測平均值VA Xi 10 0 75 已知該零件之真值VT為0 8mm 零件之製程變異為0 70mm則Bias VA VT 0 75 0 80 0 05 Bias 100 Bias 製程變異 100 0 05 0 70 7 1 如果量具偏性較大 則可能原因是 l儀器需要校準l遺棄 設備或夾具磨損l基準的磨損或損壞 基準偏差l不適當的校準或使用基準設定l儀器品質不良 設計或符合性l線性誤差l使用了錯誤的量具 l不同的量測方法 作業準備 載入 夾緊 技巧l測量的特性不對l變形 量具或零件 l環境 溫度 濕度 振動 清潔l錯誤的假設 應用的常數不對應用 零件數量 位置操作者技能 疲勞 觀測誤差 易讀性 視差 穩定性又稱為漂移 Drift 是指不同時間量測值之變異 此量測之方式可有兩種 1 以相同標準件在不同時間量測同一量具所得之變異 2 以相同量具在不同時間量測同一零件所得之變異穩定性可下面圖形表示 如果量測系統穩定性不足 可能原因是 l儀器需要校準 縮短校準週期l儀器 設備或夾具的磨損l正常的老化或損壞l維護保養不好 空氣 動力 液體 過濾器 腐蝕 塵土 清潔l基準的磨損或損壞 基準的誤差l不適當的校準或使用基準設定l儀器品質不好 設計或符合性l儀器缺少穩健的設計或方法l 不同的量測方法 作業準備 載入 夾緊 技巧l變形 量具或零件 l環境變化 溫度 濕度 振動 清潔l錯誤的假設 應用的常數不對l應用 零件數量 位置 操作者技能 疲勞 觀測誤差 易讀性 視差 線性是指量具在使用範圍內偏移 準確度 差異之分佈狀況 作業者量測5個不同零件 其真值分別為2 00mm 4 00mm 6 00mm 8 00mm及10 00mm 每個零件量測12次 如下頁所示 吾人可由上圖得到迴歸線如下 或由計算機求出a b y a bx其中b a y bx 0 7367 y x分別為y及x之平均值 R2 R2為迴歸線之GoodnessofFit 如果線性不佳 可能原因是 l儀器需要校準 縮短校準週期l儀器 設備或夾具的磨損l維護保養不好 空氣 動力 液體 過濾器 腐蝕 塵土 清潔l基準的磨損或損壞 基準的誤差 最小 最大l不適當的校準 沒有涵蓋操作範圍 或使用基準設定l儀器品質不好 設計或符合性l儀器缺少穩健的設計或方法l應用了錯誤的量具l 不同的量測方法 作業準備 載入 夾緊 技巧l隨著測量尺寸不同 量具或零件 變形量不同l環境 溫度 濕度 振動 清潔l錯誤的假設 應用的常數不對l應用 零件數量 位置 操作者技能 疲勞 觀測誤差 易讀性 視差 零件變異為製程中個別零件量測平均值之變異 PV Rp K3 Rp為零件之最大差異 K3為係數 與零件數有關 例5 同例1 吾人可計算每個零件之平均值 再取之全距Rp 即得Rp 0 56 又查表