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测量系统分析MeasurementSystemsAnalysis 目的 简要介绍测量系统分析的基本知识目标 掌握测量系统的概念针对不同形式的测量 试验设备应用MSA方法评价MSA结果 测量系统分析 目录 1 测量系统分析简介2 相关术语与定义3 测量系统的变差4 相关的统计概念5 测量系统研究准备6 测量系统的评估方法7 计量型测量系统的评估方法稳定性线性量具的重复性和再现性 极差法 均值极差法 方差分析法 测量系统分析 目录 续 8 计数型测量系统的评估方法交叉表法解析法9 复杂的和非重复的测量系统分析10 测量系统分析应用流程 测量系统分析 1 测量系统分析简介 测量系统分析 理想的测量系统只产生 正确 的测量结果每次测量结果总应该与一个标准相一致具有零变差 零偏倚和对所测的产品错误分类为零概率的统计特性 测量系统分析 测量与过程的类比将测量过程看作产生数据的生产过程这使我们可以使用统计过程控制中的所有概念 原理和工具 测量系统分析 变差来源 测量系统分析 好的测量系统足够的分辨率和灵敏度 测量分量应该小于相关的过程变差或工程规范统计受控 变差仅来源于普通原因测量系统变异与过程变异相比必须相对较小 用于过程控制测量系统变异与工程规范相比必须相对较小 用于产品控制 测量系统分析 2 相关术语与定义 测量系统分析 术语量具 任何用来获得测量结果的装置 包括判断通过 不通过的装置 测量 赋值 或数 给具体事物以表示它们之间特定特性的关系 测量系统 用来获得测量结果的整个过程 测量系统分析 定义标准 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 由某一权力机构确定和建立 可能是一件人工制品或总效果 参考标准 所进行的测量可追溯的 地方 标准 可得到的最高计量质量标准 测量系统分析 定义基准值 一个人工制品或总效果值用作约定的比较参考真值 零件的 实际 测量值 是不知道并且不可知的 是测量过程的目标 参考值被用作真值的最佳近似值 测量系统分析 定义分辨力 仪器的最小刻度值如果测量系统不能探测变差 则其不可接受至少是被测量范围的十分之一分级数 ndc 将零件变差与测量系统的宽度相比较建议ndc 5 测量系统分析 3 测量系统的变差 测量系统分析 测量系统的变差位置变差 偏倚稳定性线性宽度变差 分散 重复性再现性量具R R 测量系统分析 偏倚测量结果的平均值与真值 基准值的差值对测量系统的系统性误差的测量可能的原因包括 校准不当 仪器磨损 基准磨损或损坏 测量系统分析 稳定性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变差是测量随时间的变化可能的原因包括 仪器老化 仪器需要校准 环境变化 测量系统分析 线性在设备的预期操作范围内偏倚的变化可能的原因包括 仪器设计缺乏稳健性 应用错误的量具 仪器磨损 测量系统分析 重复性一个评价人 使用同一个测量仪器 多次测量用一零件的同一特性时获得的测量值变差普通原因变差 随机误差 或系统内部变差可能的原因包括 零件内部变差 设备内部变差 评价人内部变差 测量系统分析 重复性 测量系统分析 再现性不同的评价人 使用相同的测量仪器 测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差系统之间的平均变差手动仪器受操作者技能影响通常是实际情况可能的原因包括 方法之间变差 评价人之间变差 测量系统分析 再现性 再现性 测量系统分析 量具R R评价重复性和再现性的合成变差 测量系统分析 4 相关的统计概念 测量系统分析 主题平均值和标准差常用分布区间估计置信区间置信水平假设检验 临界值法假设检验 P value法方差分析 测量系统分析 过程模式变差存在于所有过程中理解并减少变差是改进的关键 测量系统分析 测量过程输出变差 测量系统分析 过程输出可能如何变化 测量系统分析 位置测量 宽度测量 标准差 测量系统分析 一些常用分布不同的概率分布用于模拟不同的数据类型 这使数据分析变的更容易 测量系统分析 正态分布 测量系统分析 t分布 测量系统分析 F分布 测量系统分析 使用样本统计估计总体参数 测量系统分析 哪一个样本均值是对总体均值的正确估计 测量系统分析 区间估计 测量系统分析 置信区间 测量系统分析 置信水平 测量系统分析 置信区间公式 测量系统分析 假设检验 测量系统分析 测量系统分析 假设检验步骤 临界值法 测量系统分析 测量系统分析 测量系统分析 测量系统分析 测量系统分析 测量系统分析 测量系统分析 5 测量系统研究准备 测量系统分析 测量系统分析 测量系统研究的淮备先计划将要使用的方法 例如 通过利用工程决策 直观观察或量具研究决定 是否评价人在校准或使用仪器中产生影响 有些测量系统的再现性 不同人之间 影响可以忽略 例如按按钮 打印出一个数字 评价人的数量 样品数量及重复读数次数应预先确定 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 原因是量具研究评价所需的置信度 零件结构 大或重的零件可规定较少样品和较多试验 测量系统分析 测量系统研究的淮备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挑选 样品必须从过程中选取并代表其整个工作范围 有时每一天取一个样本 持续若干天 这样做是有必要的 因为分析中这些零件被认为生产过程中产品变差的全部范围 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 测量系统分析 取样的代表性1 不具代表性的取法 测量系统分析 具代表性的取法 取样的代表性2 测量系统分析 测量系统研究的淮备仪器的分辨力应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分之一 例如特性的变差为0 001 仪器应能读取0 0001的变化 确保测量方法 即评价人和仪器 在按照规定的测量步骤测量特征尺寸 测量系统分析 测量系统分析执行注意点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 在设备读数中 读数应估计到可得到的最接近的数字 如果可能 读数应取至最小刻度的一半 例如 如果最小刻度为0 0001 则每个读数的估计应圆整为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 6 测量系统的评估方法 测量系统分析 MSA方法分类 测量系统分析 MSA 计量型 计数型 破坏型 计量型MSA 测量系统分析 计量型 位置分析 宽度分析GR R 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 测量系统分析 计数型 交叉表法 解析法 7 计量型测量系统的评估方法 测量系统分析 稳定性取一个样本并建立其基准值定期 天 周 测量样本3 5次将数据画在Xbar R或Xbar S控制图上建立控制限并评价失控或不稳定状态 当没有出现明显的特殊原因时 测量系统是稳定的 测量系统分析 稳定性 示例 测量系统分析 为了确定某一新测量仪器的稳定性是否可接受 选取了接近中间值得一个零件 经测量该零件参考值为6 01 每班测量该零件5次 共测了四周 共20个子组 控制图表明没有出现明显的特殊原因时 该测量系统是稳定的 线性选择g 5个零件 这些零件测量值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 由一名操作者测量每个零件m 10次 随机地 计算每次测量的零件偏倚以及零件偏倚均值 测量系统分析 线性画出偏倚均值和相关基准值 并确定置信带 测量系统分析 线性用R2检查置信带的可接受性 一般的准则是 测量系统分析 线性进行有关线性的假设检验 测量系统分析 线性进行有关偏倚的假设检验 测量系统分析 线性 示例在测量系统操作量程内选择5个零件 并且已经确定其基准值 由领班分别测量每个零件12次 并且计算它们的偏倚 测量系统分析 线性 示例 测量系统分析 线性 示例 测量系统分析 线性 示例 测量系统分析 线性 示例 测量系统分析 量具重复性和再现性极差法快速提供测量变异的近似值 但是不能分解为重复性和再现性均值极差法提供测量系统的重复性和再现性两个特性 但不是它们的交互作用方差分析法 测量系统分析 量具重复性和再现性GRR应依据过程的应用范围来进行 测量系统分析 极差法要求 1 评价人数m 2 典型的是2 2 零件数g 2 典型的是5 3 测量次数 1 4 标记每个零件 评价人按随机顺序测量零件 5 清楚地显示测量结果是如何得到的 测量系统分析 极差法程序 1 将测量结果记录在一表格中 2 计算每一零件测量结果的极差 3 将极差求和得到总极差 4 将总极差除以零件数得到平均极差 测量系统分析 极差法程序 5 计算GRR 6 计算 GRR 测量系统分析 接受准则 指南 测量系统分析 极差法 举例 测量系统分析 均值极差法评价人数 测量次数和零件数可能改变 但分析应按如下步骤进行 步骤1到4参见表11 指定评价人A B和C 将零件按1至10编号 评价人不能看到编号 2 分析之前校准量具 3 让评价人A以随机的顺序测量10个零件 并将结果记录在第1行 让评价人B和C重复相同的过程 并互相不看对方的数据 然后将结果分别记录在第6行和第11行 4 用不同的随机测量顺序重复该循环 将数据记录在第2 7和12行 测量系统分析 均值极差法 测量系统分析 表1 测量系统分析 表1 测量系统分析 均值极差法 表格样式 实际例子 方差分析法 ANOVA 这种方法的原理与前面介绍的单因子ANOVA类似 将总变差分解成4部分 零件 评价人 零件与评价人之间的交互作用以及设备的重复误差 因为涉及两个因素 零件和评价人 所以需要使用双因子ANOVA 较之均值极差法 它的优点是 具有处理任何实验室装置的能力可以更精确的估计方差评价了料件和人的交互作用影响在应用计算机的情况下 推荐使用 测量系统分析 方差分析法 ANOVA 测量系统分析 收集数据 选取10个零件 3个评价人 实验以随机的顺序使评价人和每个零件结合3次 与均值极差法相似 即测量后 共产生90个数据 表格样式 实际例子 GRR分析 测量系统分析 GRR分析 接受标准 测量系统分析 GRR30 测量系统不能接受 须予以改进 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 Ndc 5 8 计数型测量系统的评估方法 测量系统分析 计数型测量系统 测量系统分析 交叉表法 测量系统分析 程序 从过程中收集至少五十个零件来进行 根据其基准值将每一零件分为 接受 或 拒绝 方针 45 接受 45 拒绝 10 在边缘 选取三位评价人以一种能防止评价人偏倚的方式三次测量所有零件 每一个评价人随机地测量所有的样本 并记录结果 交叉表法 测量系统分析 一个典型的用于计数型量具研究风险分析法的表格如下 表格样式 实际例子 交叉表法 测量系统分析 系统评定指南 1 Kappa系数 75 2 满足下表 解析法 测量系统分析 解析法 测量系统分析 解析法 测量系统分析 解析法 测量系统分析 解析法 测量系统分析 解析法 测量系统分析 解析法 测量系统分析 解析法 测量系统分析 解析法 测量系统分析 解析法 测量系统分析 解析法 测量系统分析 解析法 测量系统分析 解析法 测量系统分析 9 复杂的和非重复的测量系统分析 测量系统分析 关于复杂的和非重复的测量系统 测量系统分析 MSA参考手册的重点是针对能重复读值的测量体统 但并不是所有的测量系统都有这种特性 如 破坏性测试 零件