量测系统分析(MSA)教育训练ppt课件.ppt

1 量測系統分析 MSA 日期 2006 08 22 Reporter 郭淮平 2 课程内容 MSA的定義測量的重要性MSA的相關朮語制程能力指數的定義制程能力指數的計算方法 CPK與PPK的區別什么是CmkCa Cp Cpk與Pp Ppk之等級判定CaseStudy 3 MSA英文全稱MeasurementSystemsAnalysis 中文稱謂量測系統分析 其定義就是衡量一個量測系統 包括量測的儀器本身及操作的人員 方法 環境 等 不單指儀器設備本身 量測出來的值就否具 準確度 及 精密度 是否為穩定可信賴的分析系統 亦有稱之為MCA MeasurementCapabilityAnalysis 量測能力分析 MSA的定義 4 測量的重要性 如果測量的方式不對 那麼好的結果可能被測為壞的結果 壞的結果也可能被測為好的結果 此時便不能得到真正的產品或過程特性 5M1E 5 MSA的相關朮語 測量 Measurement 對某具體事物賦予數字或數值 以表示它們對于特定特性之間的關系 賦予數字或數值的過程稱為測量過程 而數值的指定被定義為測量值 量具 指任何用來獲得測量的裝置 包括通止規 Go NoGodevice 測量系統 MeasurementSystem 是對測量單元進行量化或對被測的特性進行評估 其所使用的儀器或量具 標准 操作 方法 夾具 軟件 人員 環境及假設的集合 也就是說 用來獲得測量結果的整個過程 6 MSA的相關朮語 標准 Standard 用於比較的可接受的偏倚接受的准則一已知的值 在不確定度 Uncertainty 的指定范圍內 被接受而為一真值 TrueValue 參考值 ReferenceValue 標准 可操作的 定義 該定義在由供方或顧客應用時 將會產生同樣的結果 并且在過去 現在 將來都有同樣的含義 7 MSA的相關朮語 基本的設備 BasicEquipment 分辨力 Discrimination 可讀性 Readability 解析度 Resolution 別名 最小可讀單位 測量解析度 最小刻度極限或探測的最小極限由設計所確定的固有特征一個儀器測量或輸出的最小刻度單位通常被顯示為測量單位10 1的比例法則有效解析度 EffectiveResolution 特定應用條件下 一個測量系統對過程變差的敏感度可以導致測量有用的輸出信號的最小輸入通常被描述為一種測量單元參考值 ReferenceValue 某一個物品的可接受的數值需要一個可操作的定義常被用來替代真值使用真值 TrueValue 某一物品的真實數值不可知且無法知道的 8 对测量系统进行分析的目的是为了更好地了解变差来源 测量系统特性可用下列方式来描述位置 稳定性 偏倚 线性 宽度或范围 重复性 再现性 MSA的相關朮語 位置變差和寬度變差 9 MSA的相關朮語 位置變差 LocationVariation 10 MSA的相關朮語 11 11 MSA的相關朮語 12 MSA的相關朮語 13 MSA的相關朮語 14 MSA的相關朮語 15 MSA的相關朮語 16 MSA的相關朮語 17 MSA的相關朮語 18 测量系统的组成 测量人员被测量特性测量设备测量方法测量所处环境 19 典型的進展 20 决定那些是要测量 顾客的声音你必须转换成技术特征或规格 技术特征失效模式分析控制计划因为在条文要求中 只要是列在控制计划中的就必须进行测量 21 測量誤差 y x 测量值 真值 TrueValue 测量误差 戴明说没有真值存在 一致 线性 22 测量的变异说明 23 测量误差的来源 Sensitivity敏感度 Threshold起始值 化学指示器Discrimination 分辩率 Precision精密度 Repeatability重复性 Accuracy准确度 Bias偏差 Damage损坏Differencesamonginstrumentsandfixtures 不同仪器和夹具间的差异 24 测量误差的来源 Differenceinusebyinspector不同检验者的差异 Reproducibility再现性 Differencesamongmethodsofuse 使用不同的方法所造成差异 Differencesduetoenvironment 不同环境所造成的差异 25 环境因素 温度湿度振动照明腐蚀磨耗污染 油脂 26 人性因素 训练技能疲劳无聊眼力舒适零件的复杂性检验的速度指导书的误解 27 测量系统的特性 Discrimination分辩率 abilitytotellthingsapart Bias偏差 Accuracy准确性 Repeatability重复性 precision Reproducibility再现性Linearity线性Stability稳定性 28 测量过程 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 包括用来测量合格 不合格的装置 测量系统 用来对被测特性赋值的操作 程序 量具 设备 软件以及操作人员的集合 用来获得测量结果的整个过程 29 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 30 IDEALMEASUREMENTSYSTEM 真值 真值 31 测量系统所应具有之特性 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 32 测量精密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 测量系统统计特可能随被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 33 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 发现那种环境因素对测量系统显著的影响 例如温度 湿度等 以决定其使用之空间及环境 34 第二阶段的评定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 常见的就是R R是其中的一种型式 35 评价测量系统的三个基本问题 测量系统是否有足够的分辨力 解析能力 这种测量系统在一定时间内是否在统计上保持一致 重复性和再现性 这些统计性能在预期范围内是否一致 线性 这些问题要和过程变差联系起来 是否足够小 36 各项定义 量具 指生产中所使用的测量仪器 测量系统 指由人员 量具 操作程序及其它设备或软件所构成的系统 量具再现性 指由不同操作人员使用相同的量具测量相同产品之特性时其作业者间测量平均值之变异 量具重复性 指由同一个操作人员用同一种量具经多次测量同一个零件 其测量特性值再现能力 亦称测量值间的变异 37 稳定性 同一量具于不同时间测量同一零件之相同特性所得之变异 偏性 指由同一操作人员使用相同量具 测量同一零件之相同特性多次数所得平均值与工具室或精密仪器测量同一零件之相同特性所得之真值或参考值之间的偏差值 38 偏倚 Bias 偏倚 是測量結果的觀測平均值與基准值的差值 真值的取得可以通過採用更高級別的測量設備進行多次測量 取其平均值而定之 39 重覆性 Repeatability 重覆性 重覆性是由一個評價人 採用一種測量儀器 多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差 40 再現性 Reproducibility 再現性是由不同的評價人 採用相同的測量儀器 測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差 再現性 41 穩定性 Stability 穩定性 時間1 時間2 穩定性 或飄移 是測量系統在某持續時間內測量同一基准或零件的單一特性時獲得的測量值總變差 42 線性 Linearity 量程 基准值 觀測平均值 基准值 線性是在量具預期的工作範圍內 偏倚值的差值 43 線性 Linearity 觀測平均值 基准值 無偏倚 有偏倚 44 解析度 一個數據分級 控制 只有下列條件才可用於控制與規範相比過程變差較小預期過程變差上的損失函數很平緩過程變差的主要原因導致均值偏移分析 對過程參數及指數的估計不可接受 只能表明過程是否正在生產合格零件 45 解析度 2 4個數據分級 控制 只有下列條件才可用於控制依據過程分布可用半計量控制技術可產生不敏感的計量控制圖分析 一般來說對過程參數及指數的估計不可接受 只提供粗劣的估計 46 解析度 5個或更多個個數據分級 控制 只有下列條件才可用於控制可用於計量控制圖分析 建議使用 47 分辨率的要求 建議的要求是總過程6 標准偏差 的十分之一 傳統是公差範圍的十分之一 48 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 49 测量系统研究的淮备 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 50 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 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 51 取樣的代表性 不具代表性的取法 52 取樣的代表性 具代表性的取法 53 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 54 测量系统分析进行的方式 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 55 分析时机 新生产之产品PV有不同时新仪器 EV有不同时新操作人员 AV有不同时易损耗之仪器必须注意其分析频率 56 稳定性分析之执行 获取一样本并确定其相对于可追溯标准的基准值 如果不能得到 则选择一个落在产品测量中程数的产品零件 并指定它作为标准样本进行稳定性分析 并追踪测量系统的稳定性不需要一个已知基准值 可能需要具备测量的最低值 最高值及中程数的标准样本 建议对各样本单独测量并做控制图 57 定期 天 週 測量基准樣品3 5次 樣本容量和頻率應基於對測量系統的了解 因素包括要求多長時間重新校准或維修 測量系統使用的頻率 以及操作條件如何重要 讀數應在不同時間讀取以代表測量系統實際使用的情況 這些還包括預熱 環境或其它在一天內可能變化的因素 將測量值標記在X RCHART或X CHART上 計算管制界限 並對失控或不穩定作評估 穩定性分析之執行 58 計算測量結果標準差 並與制程標準差相比較 以評估測量系統的穩定性 不可以發生此項之標準差大於製程標準差之現象 如果有發生此現象 代表測量之變異大於製程變異 此項儀器是不可接受的 穩定性分析之執行 59 控制圖的判讀 超出控制界限的點 出現一個或多個點超出任何一個控制界限是該點處於失控狀態的主要證據 UCL CL LCL 異常 異常 60 控制圖的判讀 鏈 有下列現象之一即表明過程已改變連續7點位於平均值的一側連續7點上升 後點等於或大於前點 或下降 UCL CL LCL 61 控制圖的判讀 明顯的非隨機圖形 應依正態分佈來判定圖形 正常應是有2 3的點落於中間1 3的區域 UCL CL LCL 62 代表仪器已不稳定 须做维修或调整 维修及调整完后须再做校正以及稳定性之分析 63 稳定性附加说明 如果使用s控制图 则可计算 C4 s bar R 或S 图中的失控状态表明不稳定的重复性 也许什么东西松动 气路部分阻塞 电压变化等 Xbar图中失控表明测量系统不再正确地测量 偏倚已经改变 努力确定改变的原因 然后纠正 如果原因是么损 则可能要重新校准 可以希望备有对应于预期测量结果的下端 上端和中间值的基准件或基准的测量系统控制图 64 範例 65 66 偏倚 为了在过程范围内指定的位置确定测量系统的偏倚 得到一个零件可接受的基准值是必要的 通常可在工具室或全尺寸检验设备上完成 基准值从这些读数中获得 然后这些读数要与量具R R研究中的评价人的观察平均值 定为XbarA XbarB XbarC 进行比较 67 偏倚 如果不能按这种方法对所有样件进行测量 可采下列替代的方法 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 让一位评价人用正被评价的量具测量同一零件至少十次 计算读数的平均值 基准值与平均值之间的差值表示测量系统的偏倚 如果需要一个指数 把偏倚乘以100再除以过程变差 或公差 就把偏倚转化为过程差 或公差 的百分比 68 偏性分析之执行 独立取样法 选取一个样品 并建立可追溯标准之真值或参考值 若无样本则可从生产线中取一个落在中心值域的零件 当成标准值 且应针对预期测试的高中低端各取得样本或标准件 并对每个样本或标准件测量10次 计算其平均值 将其当成 参考值 由一位作业者以常规方式对每个样本或标准件测量10次 并计算出平均值 此值为 观测平均值 69 计算偏性 偏性 观测平均值 参考值制程变异 6 偏性 偏性 制程变异 70 判定 针对偏差之部份 判定之原则为 重要特性部份其偏差 须 5 一般特性其偏差 须 10 应依据仪器之使用目的来说明其接受之原因 其偏差 大于10 者 此项仪器不适合使用 71 偏倚分析 如果偏倚相对比较大 查看这些可能的原因基准的误差磨损的零件制造的仪器尺寸不对仪器测量非代表性的特性仪器没有正确校准评价人员使用仪器不正确 72 例題 73 例題 偏倚占公差百分比採用同樣方法計算 式中用公差代替過程變差 因此 在量具R R研究中使用的厚薄規的偏倚為 0 05 這意味著測量觀測值平均比基准值小0 05 是過程變差的7 1 基准值 0 80 0 75 平均值 74 R R之分析 决定研究主要变异形态的对象 使用 全距及平均数 或 变异数分析 方法对量具进行分析 于制程中随机抽取被测定材料需属统一制程 选2 3位操作员在不知情的状况下使用校验合格的量具分别对10个零件进行测量 测试人员将操作员所读数据进行记录 研究其再生性及再现性 作业员应熟悉并了解一般操作程序 避免因操作不一致而影响系统的可靠度 同时评估量具对不同操作员熟练度 75 针对重要特性 尤指是有特殊符号指定者 所使用量具的精确度应是被测量物品公差的1 10 即其最小刻度应能读到1 10制程变异或规格公差较小者 如 制程中所需量具读数的精确度是0 01m m 则测量应选择精确度为0 001m m 以避免量具的鉴别力不足 一般之特性者所使用量具的精确度应是被测量物品公差的1 5 试验完后 测试人员将量具的再生性及再现性数据进行计算如附件一 R R数据表 附件二 R R分析报告 依公式计算并作成 R管制图或直接用表计算即可 76 结果分析 当重复性 EV 变异值大于再现性 AV 时 量具的结构需在设计增强 量具的夹紧或零件定位的方式需加以改善 量具应加以保养 当再现性 AV 变异值大于重复性 EV 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矫正后须再做测量系统分析 并作记录 77 EV AV及R R之接受标准如下 数值30 量具系统不能接受 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 78 示例 79 第一步估計重覆性 80 81 第二步计算再现性 计算操作平均的极差 RO 利用d2系数将RO转换成标准差乘以5 15减去由于重复性所造成 的部份 82 83 第三步计算零件间的变异 每次的值都是同一零件测二次 所以只是侦测出仪器变异 Re 二个测量者之间的差异代表了人员之间的差异 Ro 每个产品间的差距代表了产品的差异 Rp 84 85 86 87 88 組數 樣本 d2 89 控制图系数表 90 CaseStudy 操作者A 91 R R极差分析法 典型的极差法使用两名评价人和五个零件进行分析 在这个分析中 每个评价人测量每个零件一次 每个零件的极差是评价人A获得的测量结果与评价人B的测量结果的绝对值 利用这些数据来计算R R 但这种方法 无法分解成是仪器的误差或是人的误差 92 分析数据 93 计算 94 CaseStudy 操作者B 95 CaseStudy 操作者C 96 97 98 99 100 ANOVAMETHOD 101 ANOVAMETHOD 102 ANOVAMETHOD 103 ANOVAMETHOD 104 ANOVAMETHOD 105 线性分析之执行 在测量仪器的工作范围内选择一些零可确定线性 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 最佳拟合偏倚平均值与基准值的直线的斜率乘以零件的过程变差 或公差 是代表量具线性的指数 为把量具线性转变成过程变差 或公差 的百分率 可将线性乘以100后除以过程变差 或公差 至于稳定性 建议分析技术可采用图形 即带最佳拟合直线的散点图 106 线性分析之执行 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 如果线性图显示可用一根直线表示这些标绘点 则偏倚与基准值之间的最佳线性回归直线表示两个参数之间的线性 线性回归直线的拟合优度R2确定偏倚与基准值是否有良好的线性关系 107 线性分析之执行 系统的线性及线性百分率由回归线斜率及零件过程变差 或公差 计算得出 如果回归线有很好的线性拟合 那么可以评价线性幅度及线性百分率来确定线性是否可接受 如果回归线没有很好的线性拟合 那么可能偏倚平均值与基准有非线性关系 这需要进一步分析以判定测量系统的系统是否可接受 108 线性分析之执行 如果测量系统为非线性 查找这些可能原因在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准 最小或最大值校准量具的误差 磨损的仪器 仪器固有的设计特性 109 计算误差 误差 观测平均值 参考值制程变异 6 绘图 X轴 参考值Y轴 误差其方程式为 y a bx再分别计算其截距 斜率 拟合度 线性 线性 等 110 公式 111 判定 针对重要特性其线性度 10 以上者判为不合格 此项之仪器不适合使用 实际情形依工厂的情形而做调整 112 CaseStudy 113 114 何谓计数型量具 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 115 小样法之做法 先选取二十个零件来进行 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 在选取二十个零件时 必须有一些零件稍许高或低于规范限值 所有的测量结果 每个零件测四次 一致则接受该量具 否则应改进或重新评价 或找到一个可接受之替代测量系统 116 小样法的样本要求 合格區 GO 不合格區 NOGO 117 118 大样法 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 119 大样法之做法 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 120 第一步骤 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 121 第二步骤 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 122 123 偏差之计算 124 偏差是否偏离0之检定 125 126 XtaPa 0 016000 025 0 015010 075 0 014030 175 0 013050 275 0 012080 425 0 0110160 775 0 0105180 875 0 0100200 975 0 0080201 000 127 128 129 范例计算结果 130 考题 今有一公司使用了一个的量规 用以判定产品是否符合公司之要求今取了八个的产品其每个均测量二十次 所以m 20 a则界于0 20之间 各项的数据如次页所附 131 XtaPa 0 01800 0 01501 0 01403 0 01305 0 01208 0 011014 0 010518 0 090020 0 007020 試計算其偏差為多少 重復性為多少 試繪出其下規格之GPC圖以及常態機率紙之圖形 132 相关分析 CORELATION 133 回归结果 134 相关示例 135 136 量具1 量具2 理想的量具間關係R2 1Y a Bxb 1a 0 137 量具1 量具2 差的量具間關係R2 1Y a bxb 1a 4 138 量具1 量具2 差的量具間關係R2 1Y a bxb 0 5a 0 139 結束語 TheEnd ThankYou 140 SPC的兩個誤區 SPC SQC2 SPC