东立 测量系统分析msa培训教材

测量系统分析MSA,东立 蒋小平2018年1月5日,目 录,一、什么是测量系统二、为什么要进行测量系统分析三、对测量系统分析要分析什么四、如何进行MSA（计量型和计数型）五、测量系统分析的接收准则六、MSA结果的处理,钱学森：现在已进入信息时代，信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术，其中测量技术是基础和关键。,天宫离地面343KM，飞行速度为7.8KM/s，为音速的22倍,波兰队对俄罗斯队时边线球,不能测量，就不能控制不能控制，就不能管理不能管理，就不能改善,测量系统与过程决策,测量体系分析的数据,9,称菜的过程,数据变差的来源,没有两个土豆的重量是一样的,月复一月，土豆在发生着变异,即使一个藤上的土豆的重量也是不一样的,同一个人用同一个秤对同一个土豆称重的差异,称对公称的差异,随着岁月流逝，秤还称得准吗？,称一斤准，称五斤准吗？,不同的人用同一个秤对同一个土豆称重的差异,为什么卖家和买家秤的结果会不同？,一、什么是测量系统量具-任何用来获得测量结果的装置,包 括止通规测量-赋值(或数)给具体的事物,以表示 它们之间关于特定特性的关系.测量系统-用来对被测特性定量测量或 定性评价的仪器或量具、标准、 操作、方法、夹具、软件、人员、 环 境和假设的集合； 用来获得测量结果的整个过程。,测量系统是用来获得和评价测量结果 的整个过程(可视为制造过程),所有对正确反映所测量的对象特性有影响的因素都属于测量系统一部分,仪器测量之准确度与精密度,准确度,精密度,高,低,高,低,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,二、为什么要进行测量系统分析,理想的测量系统零方差零偏倚零错误概率实际上是不存在的!,尽可能好的测量系统足够的分辨率和灵敏度变异和公差相对较小有良好稳定的溯源性受控制运行实际上是存在的!,对产品决策的影响,好I,坏III,坏III,LSL,USL,改进方法一改进过程减小偏差,改进方法二减少测量系统误差,II,II,测量系统分析 MSAMeasurement Systems Analysis,好,坏,坏,LSL,USL,计量型,测量系统分析 MSAMeasurement Systems Analysis,好,坏,坏,止通线,止通线,计数型,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,分辨率不足的表现,在过程变差的SPC极差图上可看出：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。,三、测量系统分析的类型1、计量型测量系统分析的五种类型:1）.偏倚2）.线性3）.稳定性 4）.重复性、再现性（GR&R）2、计数型测量系统分析1）交叉表法,MSA分析方法的分类,重复性分析,再现性分析,线性分析,稳定性分析,偏倚分析,位置分析,变异分析,稳定性分析,信号分析,风险分析,小样法,大样法,偏移分析,稳定性分析,变异分析,计量型,计数型,破坏型,MSA,极差法均值极差法（包括控制图法）ANOVE法（方差分析法）,四、测量系统分析,BIAS 测量结果的平均值与参考值的差异. 参考值（reference-value）是一个预先认定的参考标准. 该标准可用更高一级测量系统测量的平均值来确定(例如：高一级计量室),观测平均值,参考值,1、偏倚BIAS,2.偏倚BIAS分析之执行:,一把卡尺（编号：DR-021）想知道它的偏倚情况，选取一个板的长度尺寸，基准名义尺寸为：140，用千分尺测量十次得平均值为：140.01（这就视为基准值），让日常操作该卡尺人员重复测量此尺寸15次，结果如下：,偏倚实例-独立样件法,1）结果分析-图示法 作出直方图，看有否异常,偏倚实例-独立样件法(续),2）结果分析-数值法a）计算n个值的平均值 b)计算重复性标准差 式中 为系数，可以从表格中查得，其中:g=1,m=n此处 =3.55333,偏倚实例-独立样件法(续),2）结果分析-数值法c）计算偏倚 偏倚=观测到的平均值（ ）-参考值=-0.0773d)计算平均值的标准差 e)确定偏倚的t统计量,偏倚实例-独立样件法(续),2）结果分析-数值法f）确定置信度，一般要求为95%（即=0.005） 式中v, 及 均可查表得到 v=10.8, =3.55333,d2=3.472（SPC系数d2,n=15时） 可以从标准t分布表中查得。,偏倚实例-独立样件法(续),偏倚实例-独立样件法(续),偏倚实例-独立样件法(续),可用插入法得 或：,偏倚实例-独立样件法(续),2）结果分析-数值法,2）结果分析-数值法g）结果：,偏倚实例-独立样件法(续),线性是指量具在预期工作量程范围內偏倚的差值。 与仪器所使用于工作量程范围(长度)有关。,基準值,較小的偏倚,基準值,較大的偏倚,量測平均值(低量程),量測平均值(高量程),基準值,量測值,无偏倚,偏倚,線性(變化的線性偏倚),2、线性(Linearity),1）为了分析一卡尺的线性问题，于量程内选取了五个尺寸：5，100，150，200，300，用更高一级量具测得基准值分别为：5.00，100.00，150.02，200.00，300.00。 然后由该量具的使用人员对每个尺寸各测量12次，测得数据及偏倚值分别如下：,线性实例-图示法,为了,线性实例-图示法,2）计算每个尺寸每次测量的平均偏倚 式中：Xi：第i个零件的参考值 Xij：第i个零件的偏倚平均值3）在线性图上画出对于每个尺寸的每个偏倚值及偏倚平均值。,线性实例-图示法 （续）,4）应用下面公式求拟合线 式中：Xi:第i个零件的参考值 :第i个零件的偏倚平均值 5）计算该线的a及截距b： 式中： g：零件数量,线性实例-图示法 （续）,6）对于已知的X0，置信度区间为：下限： 上限： 式中：画出偏倚=0的线，对图形进行评审。,线性实例-图示法 （续）,线性分析结果：,线性实例-图示法 （续）,稳定性,时间1,时间2,是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差。,3、稳定性,1）取得一个样件，主要要知道参考值。2）以一定的频率如每天或每周对样件进行3-5次的测量3）将数据按时间顺序画在 图上。4）在画图前，要进行下列计算：a、计算每个子组的均值 和极差R： 式中：x1,x2为每个测量值 n为子组容量R=xmax-xmin,3、稳定性实例-图示法,b、计算平均极差及过程均值 式中：K为子组数量 式中： 为第K子组的平均值 c 、计算控制限,3、稳定性实例-图示法(续）,d、分析控制图E、结果,3、稳定性实例-图示法(续）,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的同一特性时获得的测量值变差（四同=EV设备变差）,1）.重复性(Repeatability),4.重复性和再现性,由不同操作人员，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（三同一异=AV评价人变差）,2）.再现性(Reproducibility),3）.计量型数据的重复性和再现性 均值-极差法,1.选择三个测量人（A, B,C）和10个测量样品。 测量人应有代表性，代表常从事此项测量工作的QC人员或生产线人员 10个样品应在过程中随机抽取，可代表整个过程的变差，否则会严重 影响研究结果。2.校准量具3.测量，让三个测量人对10个样品的某项特性进行测试，每个样品每人测量三次，将数据填入表中。试验时遵循以下原则： 盲测原则1：对10个样品编号，每个人测完第一轮后，由其他人对这10个样品进行随机的重新编号后再测，避免主观偏向。 盲测原则2：三个人之间都互相不知道其他人的测量结果。4.计算:,结果,4）、量具GRR实例,1）从生产过程中选取50个产品做为样本（在选取的50个产品中，一些产品应稍许低于或高于规范限值），并逐一进行编号以便于MSA工程师识别。2）三位评价人分别看50个样本各三次，测试结果（接受或拒收）进行记录（1=合格，0=不合格）。3）使用Kappa： Kappa=(Po-Pe)/(1-Pe),设Po=对角线单元中观测值的总和，Pe=对角线单元中期望值得总和。4）计算出测量系统的有效性：有效性=正确判定的数量/判定的机会总数。 漏发：样品是Ng，看成了OK；误发：本是OK，看成了NG。,5、计数型测量系统分析-交叉表法,结果,5、计数型测量系统分析-交叉表法,1）同前取样30件产品。2）编号让MSA工程师可以记得，而操作者不可以看见此编号3）让ABC三位操作员分别检验这些样品各两次4）分别计算ABC三位： a）二次检验的一致性 b）二次检验结果一致并与标准一致 c）三人六次检验结果一致 d）三人六次检验结果一致并与标准一致,5、计数型测量系统分析-六西格玛大样法,结果,5、计数型测量系统分析-六西格玛大样法,五、测量系统分析 结果的接收准则,1）Gage R&R 判断原则,1.数值10%,表示该量具系统可接受。,2.10% 数值 30%,表示该量具系统可接受或不接受，决定于该量具系统之重要性、修理所需之费用等因素。,3.数值 30%,表示该量具系统不能接受，须予以改进。,计量型判断原则,4.ndc 5,表示该量具系统能将过程变差区分为5个等级以上。,2）偏倚 判断原则 数字0落于置信区域内 33页,计量型判断原则,3）线性 判断原则 偏倚等于0的线落 于置信区域内 40页,4）稳定性 判断原则 控制图受控 44页,1）Kappa法 判断原则 Kappa值75%可以接受，重复性90%，漏发警报2%，误发警报5% 50页,计数型判断原则,2）六西玛大样法 判断原则 一致性80%可以接受 52页,测量系统分析 MSAMeasurement Systems Analysis,六、测量系统分析-结果处理 不接收的原因分析,仪器需要校准仪器、设备或夹紧装置的磨损磨损或损坏的基准，基准出现误差校准不当或调整基准的使用不当仪器质量差设计或一致性不好线性误差应用错误的量具,不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术测量错误的特性量具或零件的变形环境温度、湿度、振动、清洁的影响违背假定、在应用常量上出错应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误,1）造成过份偏倚的可能原因,零件(样品)内部：形状、位置、表面加工、锥度、样品一致性。仪器内部：修理、磨损、设备或夹紧装置故障，质量差或维护不当。基准内部：质量、级别、磨损方法内部：在设置、技术、零位调整、夹持、夹紧、点密度的变差评价人内部：技术、职位、缺乏经验、操作技能或培训、感觉、疲劳。,环境内部：温度、湿度、振动、亮度、清洁度的短期起伏变化。违背假定：稳定、正确操作仪器设计或方法缺乏稳健性，一致性不好应用错误的量具量具或零件变形，硬度不足应用：零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察误差(易读性、视差),2）重复性不好的可能原因,零件(样品)之间：使用同样的仪器、同样的操作者和方法时，当测量零件的类型为A,B,C时的均值差。仪器之间：同样的零件、操作者、和环境，使用仪器A,B,C等的均值差标准之间：测量过程中不同的设定标准的平均影响方法之间：改变点密度，手动与自动系统相比，零点调整、夹持或夹紧方法等导致的均值差,3）再现性不好的可能潜在原因,仪器需要校准，需减少校准时间间隔；仪器、设备或夹紧装置磨损；缺乏维护通风、动力、液压、腐蚀、清洁；基准磨损或已损坏；校准不当或调整基准使用不当；仪器质量差；设计或一致性不好；仪器设计或方法缺乏稳定性；应用了错误的量具；不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术；量具或零件随零件尺寸变化、变形；环境影响