TS16949：2009-MSA测量系统分析培训教材(第三版)-最新版.ppt

TS16949 2009 MSA测量系统分析培训教材 第三版 1 课程大纲 测量系统分析的意义和目的 测量系统分析的定义 测量系统 量具 测量 测量过程 测量系统分析的基础知识 1 测量系统的统计特性 偏倚 重复性 再现性 稳定性 线性 分辨力2 理想的测量系统 计量型测量系统的分析方法1 偏倚2 稳定性3 线性4 重复性和再现性 R R 计数型测量系统的分析方法1 小样法2 大样法 3 测量系统的共同特性4 测量系统的评定步骤和准备2 测量的重要性 人机法环测量 合格 原料 过程活动 测量 结果 不合格 如果测量出现问题 那么合格的产品可能被判为不合格 不合格的产品可能被判为合格 此时便不能得到真正的产品或过程特性 因此 要保证测量结果的准确性和可信度 3 测量误差Y x 测量值 真值 测量误差 戴明说没有真 一致 值的存在4 5 测量误差的来源分辨能力 精密度准确度 重复性 偏差 损坏不同仪器和夹具间的差异 不同使用人员的差异使用不同的方法所造成差异不同环境所造成的差异 再现性 测量的变异说明 工件 零件 仪器 量具 弹性变形清洁度溯源性 隐藏的几何形状 制造 设计维护 测量系 标准 统 稳定性振动热膨胀 照明压力温度 经验 培训 理解体力温度 变异性 环境 人员 6 为什么要进行测量系统分析 即使量具经过检定或校准 由于人 机 料 法 环 测 等五方面的原因 会带来测量误差 检测设备的检定或校准不能满足实际测量的需要 满足QS9000 ISO TS16949标准的要求 ISO TS16949 2009标准7 6 1规定 为分析出现在各种测量和试验设备系统测量结果的变差 必须进行适当的统计研究 此要求必须适用于在控制计划中提及的测量系统 这些分析方法以及接收准则的使用必须符合顾客的测量系统分析参考手册 采用其他的分析方法和接受准则必须获得顾客的批准 7 测量系统分析的目的 运用统计分析方法 确定测量系统测量结果的变差 测量误差 了解变差的来源 确定一个测量系统的质量 并且为测量系统的改进 提供信息 保证所用统计分析方法及判定准则的一致性 8 测量系统的基本知识和概念 术语 测量系统及其统计特性 分辨力 稳定性 偏倚 重复性 再现性 线性 理想的测量系统 测量系统的共同特性 测量系统的评定步骤和准备 9 术语 测量 赋值给具体事物以表示他们之间的关系 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 包括用来测量合格 不合格的装置 测量系统 用来对被测量特性赋值的操作 程序 量具 设备 软件以及操作人员的集合 10 测量系统的组成 人 操作人员 测量系统 机料法环 量具 测量设备 工装被测的材料 样品 特性操作方法 操作程序工作的环境 11 测量系统的统计特性 通常使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质量 1 分辨力2 偏倚3 重复性4 再现性5 线性6 稳定性 DiscriminationBiasRepeatabilityReproducibilityLinearityStability 12 分辨力 率 定义 指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力 传统是公差范围的十分之一 建议的要求是总过程6 标准偏差 的十分之一 10 T 30 13 分辨力 率 分辨力差 1 2 3 4 5 分辨力好 1 2 3 4 5 14 偏倚基准值 偏倚 偏倚 是测量结果的观测平均值与基准值的差值 基准值的取得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 观测平均值15 重复性重复性是由一个评价人 采用一种测量仪器 多次测量同一零件的同一特性时获得 重复性真值重复性好均值 的测量值变差 真值重复性差均值 16 再现性 操作者C 再现性是由不同的评价人 采用相同的测量仪 器 测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差 操作者B操作者A 再现性 再现性好 真值 真值再现性差 17 稳定性 稳定性 是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的相同特性时获得的测量值的总变差 稳定性 时间2 时间1 18 线性线性是在量具预期的工作范围内 偏倚值的差值 可以用整个仪器量程范围内的偏移之差 或偏差 的量度来度量样本的线性度 如果偏移在整个量程范围内不变 则具有很好的线性度 基准值 基准值 观测平均值 量程 观测平均值 19 平 线性此时线性度是个问题 有偏倚 偏移 观测的 无偏倚 0001 001测量单元 01 1 此时线性度不是个问题 均值 偏移 基准值 0001 001 01 1 测量单元 20 测量系统的分析 测量系统的变差类型 偏倚 重复性 再现性 稳定性 线性 测量系统特性可用下列方式来描述 1 位置 稳定性 偏倚 线性 2 宽度或范围 重复性 再现性 21 位置和宽度 标准值 位置宽度 位置宽度 22 理想的测量系统 理想的测量系统在每次使用时 应只产生 正确 的测量结果 每次测量结果总应该与一个标准值相符 一个能产生理想测量结果的测量系统 应具有零方差 零偏倚和所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性 23 测量系统所应具有的特性 测量系统必须处于统计控制中 这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的 这可称为统计稳定性 测量系统的变异必须比制造过程的变异小 变异应小于公差带 测量精密应高于过程变差和公差带两者中精度较高者 一般来说 测量精度是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 若真的如此 则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者 24 测量系统的评定 第一阶段 明白该测量过程并确定该测量系统是否满足我们的需 要 主要有二个目的 1 确定该测量系统是否具有所需要的统计特性 此项必 须在使用前进行 2 发现种环境因素对测量系统显著的影响 例如温度 湿度等 以决定其使用的环境要求 第二阶段 目的是在验证一个测量系统一旦被认为是可行的 应 持续具有恰当的统计特性 常见的量具R R分析是其中的一种试验型式 25 计量型测量系统研究 26 计量型测量系统研究作业步骤 1 确定M名操作者A B C 选定N个被测零件 按1 2 编号 被选定零件尽可能反映整个过程的变差 2 测取数据 A以随机顺序测取所有数据并记录之 B C在不知他人测量结果的前提下 以同样方法测量各零件的数据并记录之 3 再以随机顺序重复上述测量r次 如2 3次 27 4 数据处理 极差计算 1 分别计算每个操作者对各个零件进行r次测量的极差 Raj Rbj Rcj j 1 2 N 2 计算每个操作者的平均极差 Ra Rb Rc Rm 3 总平均极差 R Ra Rb Rm M 4 计算控制限 UCLR RD4LCLR RD3 D3 D4可根据试验次数r查表 当r 7时 D3 0 28 j j 值 j j j 值 j 5 数据处理 均值计算 1 求出各人各零件的均值 Aj Bj C M 2 求出所有人各零件的均 X 1M Aj Bj C M 3 求出各人所有零件的均 X A X B X C X M 例如 X A 1N A1 A2 AN 4 总均值 1M Xa Xb Xc XM 5 求各人均值中最大值与 最小值之差 认为 XDIEF MaxX MinX 6 求各零件均值中最大值 与最小值之差 认为 RP MaxX j MinX 29 1 1 1 6 结果分析 以下计算的变差均以99 的正态概率为基础 即变差 5 15 重复性 EV R K 当试验次数r 3 K r 2 K 3 05 4 45 30 0 0 7 5 6 结果分析重复性示例 评价人1 评价人2 零件试验12 1217216 2220216 3217216 4214212 5216219 1216219 2216216 3216215 4216212 5220220 3平均值极差 216216 31 0 218218 04 0 216216 31 0 212212 72 0 220218 34 0 X216 3 220218 34 0 220217 34 0 216215 71 0 212213 34 0 220220 00 0 X216 9 R图控制限 R 2 5UCLR R D4 LCLR R D3 6 40 0 子组内观察次数23 D3 D43 267控制图常数2 575 零件变差试验次数 e R d2m 3 g1 m21 41 31 91 g5 m21 19 31 74 g9 m21 16 31 72 零件数量 评价人g 10d2 1 72 查表 零件变差 e 2 5 1 72 1 45 234 1 281 231 21 1 811 771 75 678 1 181 171 17 1 731 731 72 101112 1 161 161 15 1 721 711 71 重复性 5 15 e 平均极差分布的d2值 31 2 6 结果分析 再现性 AV XDIFF K2 EV2Nr 其中K2 5 15 d2 d2取决于m 其中N 零件数 r 试验数 当评价人数 m 2时 K2 3 65 m 3时 K2 2 70 若根号内为负值 则 AV 0 32 6 结果分析再现性示例 评价人1 评价人2 零件试验12 1217216 2220216 3217216 4214212 5216219 1216219 2216216 3216215 4216212 5220220 3平均值极差 216216 31 0 218218 04 0 216216 31 0 212212 72 0 220218 34 0 X216 3 220218 34 0 220217 34 0 216215 71 0 212213 34 0 220220 00 0 X216 9 m m m 平均值极差R0 216 9 216 3 0 6评价人数m 2g 1 只有1个极差 评价人标准偏差 R0 d2 0 4再现性 5 15R0 d2 2 2 g1234 21 411 281 231 21 31 911 811 771 75 g5678 21 191 181 171 17 31 741 731 731 72 g9101112 21 161 161 161 15 31 721 721 711 71 平均极差分布的d2值因量具变差影响了再现性的估计值 必须减去重复性部分来校正 校正过的再现性 5 15R0 d2 2 5 15 e 2 nr 1 0 n 零件数量 r 试验次数 校正的评价人标准偏差 0 1 0 5 150 1933 6 结果分析 零件间变差 PV 零件间变异 是指同一人或不同人使用同一量具测量不同零件之相同特性所得之变异 PV Rp K3 其中 Rp为样品的平均值极差 K3 5 15 d2注 d2取决于零件数 n 当n 10时 d2 1 62 34 6 结果分析零件间变差示例 评价人1 评价人2 零件试验123平均值极差 1217216216216 31 0 2220216218218 04 0 3217216216216 31 0 4214212212212 72 0 5216219220218 34 0 1216219220218 34 0 2216216220217 34 0 3216215216215 71 0 4216212212213 34 0 5220220220220 00 0 平均值 217 3 217 7 216 0 213 0 219 2 极差RP 6 2 m 零件间的标准偏差 P RP d2零件数m 5g 1 只有1个极差 P 6 2 2 48 2 50零件间变差PV 5 15 P 12 88 g1234 21 411 281 231 21 31 911 811 771 75 2 242 152 122 11 4 52 482 402 382 37 62 672 602 582 57 平均极差分布的d2值35 6 结果分析 参数表 36 2 2 2 2 6 结果分析 测量系统双性 R R R R EV AV 总变差 TV TV R R PV 37 6 结果分析 测量系统GR R R R GaugeReproducebilityandRepeatability R R 100 R R TV 示例 38 6 结果分析 R R可接受的条件是 数值 10 的误差测量系统可接受 10 数值 30 的误差测量系统可接受或不接受 决定于该测量系统之重要性 量具成本 修理所需费用等因素 可能是可接受的 数值 30 的误差测量系统不能接受 须予以改进 进行各种努力发现问题并改正 必要时更换量具或对量具重新进行调整 并对以前所测量的库存品再抽查检验 如发现库存品已超出规格应立即追踪出货 通知客户 协调处理对策 39 6 结果分析 当重复性 AV 变差值大于再现性 EV 时 量具的结构需再设计增强 量具的夹紧或零件定位的方式 检验点 需加 以改善 量具应加以保养 40 6 结果分析 当再现性 EV 变差值大于重复性 AV 时 作业员对量具的操作方法及数据读取方式应加 强教育 作业标准应再明确订定或修订 可能需要某些夹具协助操作员 使其更具一致 性的使用量具 量具与夹治具校验频率于入厂及送修纠正后须 再做测量系统分析 并作记录 41 7 线性分析 线性 在测量仪器的工作范围内选择一些零件可确定线性 这些被选零件的偏倚由基准值与测量观察平均值之间的差值确定 正如在偏倚研究中一样 零件的基准值可由工具室或全尺寸检验设备确定 在操作范围内选取的那些零件由一个或多个评价人测量 确定每一零件的观察平均值 基准值与观察平均值之间的差值为偏倚 要确定各个被选零件的偏倚 线性图就是在整个工作范围内的这些偏倚与基准值之间描绘的 42 7 线性分析 线性示例 某工厂领班对确定某测量系统的线性感兴趣 基于该过程变差 在测量系统工作范围内选定五个零件 通过全尺寸检验设备测量每个零件以确定它们的基准值 然后一位评价人对每个零件测量12次 零件随机抽取 每个零件平均值与偏倚平均值的计算如下表所示 零件偏倚由零件平均值减去零件基准值计算得出 43 偏倚 2 R2 2 7 线性分析 零件基准值123 12 002 702 502 40 24 005 103 904 20 36 005 805 705 90 48 007 607 707 80 510 009 109 309 50 0 600 400 20 线性图 试验 456 2 502 702 30 5 003 803 90 5 906 006 10 7 707 807 80 9 309 409 50 0 000 00 0 20 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00 12 00 次数 789 2 502 502 40 3 903 903 90 6 006 106 40 7 807 707 80 9 509 509 60 0 40 0 60 1011 2 402 60 4 004 10 6 306 00 7 507 60 9 209 30 0 80 基准值 12 2 40 3 80 6 10 7 70 9 40 最佳拟合这些点的线性回归直线及该直线的拟合优度 R 计算如下 零件均值2 49基准值2 00偏倚0 49 4 134 000 12 6 036 000 02 7 718 00 0 29 9 3810 00 0 62 y b ax 式中 x 基准值y 偏倚a 斜率 极差 0 40 1 30 0 70 0 30 0 50 a xy x y n x2 x 2 n 0 13167 偏倚 b ax 0 7367 0 1317 基准值 b y n a x n 0 7367 斜率越低 线性越好 xy x y n 2x x 2 n y2 y 2 0 977907 44 计量型测量系统研究 45 计数型量具 就是把各个零件与某些指定限值相比较 如果 满足限件则接受该零件否则拒收 计数型量具只能指示该零件被接受或拒收 计数型测量系统的分析方法有 1 小样法 2 大样法 46 8 GO NOGO分析 小样法分析 先选取20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20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4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 续 47 8 GO NOGO分析 小样法分析 当为不能接受时 可能有但不限于下列情况 并应采取相对应的措施 仪器性能不稳定 检查并修理或更换仪器 对测量者进培训 提高测量者测量水平 量具的夹紧或定位装置需要改进 续 48 8 GO NOGO分析 小样法分析 GO NOGO示例 橡胶软管内径通过 不通过塞规 49 大样法分析 对于某计数型量具 用量具特性曲线的概念来进行量具研究 GPC是用于评价量具的重复性和偏倚 这种量具研究可用于单限值和双限值量具 对于双限值量具 假定误差是线性一致的 只需检查一个限值 一般地 计数型量具研究包括获得多个被选零件的基准值 这些零件经过多次 m 评价 连同接受总次数 a 逐个零件地记录 从这些结果就能做估计重复性和偏倚 50 分析步驟 选取零件 最根本的是已知研究中所用零件的基准值 应尽可能按实际情况等间隔选取八个零件 其最大和最小值应代表该过程范围 八个零件必须用量具测量m 20 并记录接受的次数 a 对于整个研究 最小的零件必须a 0 最大的零件a 20 记录接受的次数 a 其余1 a 19 如果不满足这些准则 必须用量具测量更多的已知其基准 值的零件 X 如果不满足上述零件这些点可选在量具研究已测量的零件 测量中间点 一直重复以上直到满足上述要求 51 a 0 5 a m a 计算Kappa值 a 0 5a m ifm 0 5 a 0 pa if 0 5 a 0 m 0 5 if 0 5 m a 0setpa 0 025a 20setpa 0 975 52 计算偏倚Bias XT atPa