测量系统分析英科.ppt

测量系统分析MeasurementSystemAnalysis 有关测量数据的常见问题 在质量管理中 数据的使用是极其频繁和相当广泛的 数据质量的好坏很大程度上取决于测量系统 必须对测量系统进行分析 什么是测量 将一个未知量与一个已知的或已经接受的参照值进行的比较 为什么我们需要测量数据 我们使用测量数据来判断产品是否合格 制定有关过程管理的决策 有关测量数据的常见问题 我接受这件产品吗 过程是很好 还是需要进行调整 我们对测量数据有什么期望 准确性 数据必须告诉我们真相 重复性 重复测量必须产生同样的结果 再现性 结果不应该受检验员的影响 什么是测量系统 测量系统是对被测的特性赋值的操作者 设备 包括量具 软件 操作程序 测量环境的集合 用来获得测量结果的整个过程称为测量过程或测量系统 赋值 数据 测量结果 操作者 设备 软件 被测事物 操作程序 测量环境 测量系统分析示意图 测量系统的基本要求 一 测量系统要有足够的分辨力 分辨率 可定义为测量仪器能够读取的最小测量单位 足够的分辨力是指 所用测量器具的分辨力必须小于或等于被测参数允许误差的10 测量系统分辨率 看看下面的部件A和部件B 它们的长度非常相似 测量分辨率描述了测量仪器分辨两个部件的测量值之间的差异的能力 部件A 部件B 部件A 部件B A 2 0B 2 0 A 2 25B 2 00 因为上面刻度的分辨率比两个部件之间的差异要大 两个部件将出现相同的测量结果 第二个刻度的分辨率比两个部件之间的差异要小 部件将产生不同的测量结果 测量系统的有效分辨率 极差控制图可显示分辨率是否足够 应看控制限内有多少个数据分级 一般要求它大于5才可接受 在过程变差的SPC极差图上可看出 分辨率不足的表现 当极差图中只有一 二或三种可能的极差值在控制界限内时 如果极差图显示有四种可能的极差值在控制界限内 且超过1 4以上的极差值为零 测量系统的基本要求 二 测量系统在规定的时间内要保持统计稳定性研究稳定性时 应明确 1 测量系统的外部条件是什么 2 在测量系统达到稳定性状态时 还要保证系统标准差或过程变差不要过大 3 测量系统的稳定性能保持的时间 到时间要对测量系统进行校正 即定期对测量系统进行校准 测量系统要具有良好的线性特性测量系统的线性特征是指在其量程范围内 偏倚应是基准值的函数 此时 1 在量程较低的部位 偏倚要小 2 在量程较高的部位 偏倚可以大些 测量系统的基本要求 三 描述测量数据质量的统计特性 通常用来描述测量数据质量的统计特性是某测量系统的偏倚 Bias 和变差 variance 被称为偏倚的统计特性指的是数据值相对于参考 基准 值的位置 被称为变差的特性指的是数据的分布宽度 测量系统变差 测量系统变差是指多次测量结果的变异程度 位置变差 准确度 偏移 稳定性线性 宽度变差 重复性再现性 过程变差剖析 长期 过程变差 短期 抽样产生的变差 实际过程变差 稳定性 线性 重复性 准确度 量具变差 操作员造成的变差 测量误差 过程变差观测值 重复性 和 再现性 是测量误差的主要来源 再现性 过程变差 准确度与精密度 测量系统对产品决策的影响 图中 I不好的零件永远被视为不好的零件 II可能做出潜在的错误决定 III好零件永远被视为好零件 测量系统对产品决策的影响 由于我们的目标是尽可能地对产品状态做出正确的决定 所以会做出以下选择 1 改进生产过程 减少过程变差 不会生产出落在区域 的产品 2 改进测量系统 减少测量系统误差以减少区域 的大小 这样 生产出的所有的产品将全部落在区域 内 这就能减少做出错误的风险 测量系统对过程决策的影响 为什么我们己经测量为 好的 零件 却不能在顾客生产过程中被正常使用 为什么我们已经测量为 不好的 零件 却可以在顾客生产过程中被正常使用 测量系统分析的目的 测量系统分析的目的是确定所使用的数据是否可靠测量系统分析还可以 评估新的测量仪器将两种不同的测量方法进行比较对可能存在问题的测量方法进行评估确定并解决测量系统误差问题 测量系统分析的时机 初次分析应在试生产中且在正式提交PPAP之前进行 一般情况下每年度进行一次测量系统分析 出现以下情况时 应当增加分析频次和重新分析 量具进行了较大的维修 量具失准时 顾客需要时 重新提交PPAP时 测量系统发生变化时 测量系统分析的准备工作 确定要测量的对象确定评价人的人数 抽样零件的数量重复测量的次数评价人的选择样件的选择仪器有足够的分辨率确定测量程序 测量系统分析的准备与注意事项 测量系统计划的制定在进行测量系统分析之前 要制定测量系统分析计划 计划内容包括 确定需分析的测量系统 确定用于分析的待测参数 尺寸或质量特性 确定分析方法 确定测试环境 确定分析人员和测量人员 确定样品数量和重复计数的次数 测量系统分析的准备与注意事项 量具的准备1 应针对具体尺寸 特性选择有关控制计划指定的量具 2 确保要分析的量具是经过检定 校准且是合格的 3 量具的分辨力一般应小于被测参数允许差的1 10 在量具计数中 如有可能该数应取至最小刻度的一半 测量系统分析的准备与注意事项 测试操作人员和分析人员的选择 在测量系统分析时 测试人员和分析人员不能是同一个人 应优先选择通常情况下实际使用所选定量具实施测量的操作工 检验人员为测量操作人员 以确保测试方法和测量结果与日后的正式生产或过程更改的实际情况相符 应选择熟悉测量系统分析方法的人员作为分析人员 测量系统分析的准备与注意事项 分析样本的选择1 样本应从实际生产或检验过程中选择 并考虑尽可能代表实际生产中存在的所有变差 2 如果一个量具适用于多个规格产品的尺寸 特性测量 在作该量具测量系统分析时 应选择其中一个过程变差最小规格的产品作样本 以避免过大的零件变差造成分析结果不准确 3 给每一个样本编号并贴上标签 但要避免测试操作人员事先知道编号 并确保按随机顺序进行测量 稳定性 Stability 量值 在一段时间内 测量结果的分布无论是均值还是标准偏差都保持不变和可预测的通过较长时间内 用被监视的量具对相同的标准或标准件的同一特性进行测量的总变异来监视可用时间走势图进行分析 稳定性研究 1 选取一个样件 并建立其可追溯到相关标准的参考值 如果无法取得这样的样件 则可从生产线中取一个落在生产测量范围中间的生产零件 指定它为基准样件以进行稳定性分析 且应针对预期测试值的最低值 最高值及中程数的标准各取得样件或标准件 并对每个样本或标准件单独测量并绘制控制图 稳定性分析 2 以一定的周期基础 每天 每周 对标准件或样本测量3 5次 抽样的数量和频次应取决于对测量系统的认识 可能考虑的因素包括要求校准或维修的频次如何 使用测量系统的频率 以及操作条件的重要性等 3 将测量 数据 按时间顺序画在Xbar R图或Xbar S图上 4 建立控制限 使用控制图分析法来评价是否有不受控或不稳定的情况 稳定性分析 选择生产过程输出范围中接近中间值的一个零件 该零件送到实验室 经测量其参考值确定参考值32 小组每班测量该零件5次 共测了四周收集所有数据后 画出Xbar R控制图控制图分析表明该测量过程处于稳定状态 因此没有明显可见的特殊原因结果发生 则判定稳定性合格 造成不稳定的可能因素 一 仪器需要校准 缩短校准周期仪器 设备或夹具的磨损正常的老化或损坏维护保养不好 空气 动力 液体 过滤器 腐蚀 尘土 清洁基准的磨损或损坏 基准的误差不适当的校准或使用基准设定 造成不稳定的可能因素 二 仪器质量不好 设计或符合性仪器缺少稳健的设计或方法不同的测量方法 作业准备 载入 夹紧 技巧变形 量具或零件 环境变化 温度 湿度 振动 清洁错误的假设 应用的常数不对应用 零件数量 位置 操作者技能 疲劳 观测误差 易读性 视差 准确度 Accuracy 准确度 Accuracy 测量的平均值是否与真值吻合 真值 Truevalue 1 某一物品的真实数值2 不可知且无法知道偏倚 Bias 1 测量值的均值与真值的距离2 测量系统持续地偏离目标3 系统错误 测量结果的平均值与参考值的差异 在所有分析中 参考值被作为真值的最佳近似值 观测平均值 参考值 偏倚 BIAS 参考值与真值 参考值 也被称为可接受的参考值或基准值 它是一个被同意用作参考比较的一个物品或整体的值 可接受的参考值取决于以下方面 1 用高一级的测量设备多次测量的平均值来确定 2 法定值 由法律定义并强制执行的 3 理论值 以科学理论为基础 4 协议值 由受影响的各团体所协调是到的值 真值 是被测零件的 实际值 尽管该值不被知道且无法知道 但它是测量系统的目标 所有个别的真值都要尽可能地 经济地 与该值接近 偏倚 BIAS 分析 置信度区间 预期的包括了某一参数的真值的数值范围 同一操作者对同一工件测量15次 通过使用统计软件得到直方图和数据表 对所得的图形和数据进行分析 偏倚 BIAS 分析 如果偏倚在统计上不等于0 检查是否存在以下原因 基准件或参考值有误 检查确定标准件的程序仪器磨损 维修仪器所测量的特性有误仪器没有经过适当的校准 对校准程序进行评审评价者使用仪器的方法不正确 对测量指导书进行评审仪器纠正的指令错误 线性 在量具预期的工作量程内 偏倚值的差异 线性可被视为偏移对于量程大小不同所发生的变化 多个独立的偏倚误差在量具工作量程内的关系是测量系统的系统误差构成 线性 线性分析 选择g 5个零件 使这些测量涵盖这量具的整个工作量程 对每个零件进行全尺寸测量 从而确定其参考值 并确定涵盖了这量具的工作量程 让经常使用该量具的操作者测量每个零件m 10次 要随机的选择零件 从而减少评价人对测量中偏倚的 记忆 线性分析 某工厂检验员对某过程引进了一套新的测量系统 作为PPAP的一部分 需要对测量系统的线性进行评价 根据已文件化的过程变差描述 在测量系统的全部工作量程范围内选取了五个零件 通过对每个零件进行全尺寸检验从而确定它们的参考值 然后由主要操作者对每个零件测量12次 在分析中 这些零件是随机抽取的 使用散布图和统计软件 检查员画出了线性图 线性误差的原因 造成线性误差的可能原因如下 仪器需要校准 缩短校准周期仪器 设备或夹具的磨损维护保养不好 空气 动力 液体 过滤器 腐蚀 尘土 清洁基准的磨损或损坏 基准的误差 最小 最大不适当的校准或使用基准设定仪器质量不好 设计或符合性 线性误差的原因 造成线性误差的可能原因如下 缺乏稳健的仪器设计和方法应用了错误的量具不同的测量方法 作业准备 载入 夹紧 技巧随着测量尺寸不同 量具或零件 的变形量不同环境 温度 湿度 振动 清洁错误的假设 应用的常数不对应用 零件的数量 位置 操作者技能 疲劳 观测误差 精密度 重复性和再现性 精密度 描述了测量系统的偏差重复性 在相同的条件下 对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性 即 偏差由量具本身造成 测量系统内部变差 再现性 在改变了测量条件下 同一被测量结果之间的一致性 即 偏差由测量者的技巧造成 测量系统之间或条件之间的变差 测量系统 重复性 再现性 测量系统内在的变异性基于重复测量的数据 用分组后组内的标准偏差来估算小于测量系统的总变差 精密度 重复性 造成重复性的可能原因 零件内部 抽样样本 形状 位置 表面光度 锥度 样本的一致性仪器内部 维修 磨损 设备或夹具的失效 质量或保养不好标准内部 质量 等级 磨损方法内部 作业准备 技巧 归零 固定 夹持 点密度的变差评价人内部 技巧 位置 缺乏经验 操作技能或培训 意识 疲劳 造成重复性的可能原因 续 环境内部 对温度 湿度 振动 清洁的小幅度波动错误的假设 稳定 适当的操作缺乏稳健的仪器设计或方法 一致性不好量具误用失真 量具或零件 缺乏坚固性应用 零件数量 位置 观测误差 易读性 视差 精密度 再现性 测量系统中操作员产生的变异基于不同操作者的测量数据 按操作员分组 通过组平均值的差来评估 应扣除量具的因素 组内变差 比测量系统总变差小 造成再现性误差的潜在原因 零件之间 抽样样本 使用相同的仪器 操作者和方法测量A B C零件类型时的平均差异仪器之间 在相同零件 操作者和环境下使用A B C仪器测量的平均值差异 注意 在这种情况下 再现性误差通常还混有方法和 或操作者的误差 标准之间 在测量过程中 不同的设定标准的平均影响 造成再现性误差的潜在原因 续 方法之间 由于改变测量点密度 手动或自动系统 归零 固定或夹紧方法等所造成的平均值差异 评价人 操作者 之间 评价人A B C之间由于培训 技巧 技能和经验所造成的平均值差异 推荐在为产品和过程鉴定和使用手动测量仪器时使用这种研究方法 造成再现性误差的潜在原因 续 环境之间 在经过1 2 3等时段所进行的测量 由于环境周期所造成的平均值差异 这种研究常用在使用高度自动化测量系统对产品和过程的鉴定 研究中的假设有误缺乏稳健的仪器设计或方法 操作者培训的有效性 应用 零件数量 位置 观测误差 易读性 视差 GageR R判断原则 如果重复性大于再现性 原因可能是 仪器需要维修可能需要对量具进行重新设计 以获