MSA测量系统分析

立英顾问 管理专家LING Consultant ManagementExpert QS9000五大工具培训MeasurementSystemAnalysis测量系统分析 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 为什么进行测量系统分析 测量数据的运用制程控制 调整根据测量数据或由他们计算出的统计量与该过程的统计控制限值相比较的结果决定是否对制程进行调整 确定两个或多个变量之间是否存在某种显著关系 对这种关系的研究可增加对于有关影响过程的各种原因的系统认识 这些关系的研究是测量数据的最重要应用之一 因为它最终导致更好的理解各种过程 应用以数据为基础的方法的益处 很大程度上决定于所用测量数据的质量 如果测量数据质量低 则这种方法的益处可能低 如果测量数据质量高 则这种方法的益处也可能高 为了确保应用测量数据的收益大于成本 必须把注意力集中于测量数据的质量上 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 测量数据的质量高质量 对于某特性 测量值接近基准值低质量 对于某特性 测量值远离基准值测量数据质量与稳定条件下运行的某一测量系统得到的多次测量结果的统计特性有关 表征数据质量最通用的统计特性是偏倚和方差 偏倚指的是数据相对标准值的位置 而方差指数据的分布 低质量数据最普遍的原因之一是数据变差太大 而变差大多是由于测量系统和它的环境之间的交互作用造成的 如果这种交互作用产生太大的变差 那么数据的质量回很低 甚至无用 管理一个测量系统的许多的工作是监视和控制变差 亦即着重于环境对测量系统的影响 获得高质量的数据 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 目的本课程 手册的目的是介绍选择各种方法来评定测量系统质量的指南 虽然这些指南可以通用于任何测量系统 但其主要用于工业界的测量系统 且其焦点是对每个零件能重复读数的测量系统 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 术语量具 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 测量过程 赋值给具体事物表示他们之间关于特殊的关系 赋值过程定义为测量过程 而赋予的值定义为测量值 从以上定义得出 应将测量过程看作一个制造过程 它产生数据作为输出 这样就能应用统计过程控制的概念 原理 工具来控制测量过程 影响测量结果的因素 Material Inspector Methods SamplePreparation SampleCollection Training practice Reproducibility Paradox Sample Ergonomics TestMethod Workmanship Discrimination Bias Calibration Linearity Measurement Repeatability Instrument Temperature Unreality Environment Vibration Lighting 131 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 公差 零件特性所允许的变差受控 变差在过程中表现稳定且可预测不受控所有特殊原因的变差都不能消除有点超出控制图案的控制限 或点在控制限内呈非随机分布形状分辨率测量设备能将测量的标准件分细的程度测量设备所能指示的最小刻度分辨能力 测量设备检测被测参数的变差的能力 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 测量系统的统计特性 性能 虽然不同的测量系统可能需要不同的统计特性 但以下是必须共有的 测量系统必须处于统计控制中 即测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是特殊原因造成的 统计稳定性测量系统的变异必须小于制造过程的变异测量系统的变异应小于公差测量精度应高于过程变异和公差两者中精度较高者 一般来说 测量精度是两者中精度较高者的1 10测量系统统计特性可能随被测项目的改变而改变 若如是 测量系统最大的变差应小于过程变差和公差中的较小者 偏倚 Bias 观测的平均值 基准值 132 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 重复性 Repeatability 由同一操作者对同一部件用同一测量仪器的多次测量 重复性 135 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 测量系统变差别的类型测量系统变差可以分为5种类型 偏倚 重复性 再现性 稳定性及线性偏倚测量结果的观测平均值与基准值的差值 基准值 也称为可接受的基准值或标准值 是充当测量值的一个一致认可的基准 一个基准值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 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的测量值变差 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 再现性再现性是由不同的评价人 采用相同的测量仪器 测量同一零件的统一特性时测量平均值的结果稳定性稳定性是测量系统在某一持续时间内同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差线性线性是在量具预期的工作量程内 偏倚值的差值 再现性 Reproducibility 由不同一操作者对同一部件用同一测量仪器的测量 136 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 稳定性 Stability 时间2 时间1 稳定性 133 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 线性 Linearity 基准值 偏倚较小 基准值 偏倚较大 观测的平均值 观测的平均值 范围的较低部分 范围的较高部分 134 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 量具重复性和再现性GageR R repeatabilityandreproducibility 适用于所有列入控制计划的测量系统计量型 Variable 重复型 Attribute 重复性 137 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 测量系统的分析对测量系统进行分析的目的应是为了解变差的来源 这些来源可以影响系统产生的结果 象每个过程一样 对用来描述测量系统变差的分布可以赋予下列特性位置稳定性偏倚线性宽度或范围重复性再现性 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 稳定性示例一名领班决定监视测量粘度的测量系统 他没有已知粘度值的标准 但他保持着一个标准样本 以一周为基础 他把样本分为三个子样 测定每一部分的粘度 结果显示在控制图上 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 偏倚为在过程范围内指定的位置确定测量系统的偏倚 须得到一个零件可接受的基准值 通常可在工具 计量室或全尺寸检验设备上完成 然后将从这些读数中获得的基准值与量具R R研究中的评价人的观察平均值 XbarA XbarB XbarC 进行比较 替代方法 在计量室或全尺寸检验设备上对一个基准件进行精密测量让一个评价人用正在被评价的量具测量同一零件至少10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 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 如果需要一个指数 把偏倚乘以100再除以过程变差 或公差 就把偏倚靠转化为过程变差 或公差 的百分比 如果偏倚相对比较大 可能是以下原因 基准的误差磨损的零件制造的仪器尺寸不对仪器测量了错误的特性仪器校准不当评价人员使用仪器不当 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 偏倚示例一位评价人对一个样件测量10次 10次测量值如下 由全尺寸检验设备确定的基准值为0 80MM 该零件的过程变差为0 70MM X1 0 75X6 0 80X2 0 75X7 0 75X3 0 80X8 0 75X4 0 80X9 0 75X5 0 65X10 0 70 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 观测值的平均值为测量结果总和除以10XBAR X 10 7 5 10 0 75偏倚 观测平均值 基准值一提 0 75 0 80 0 05偏倚 100 偏倚 过程变差 100 0 05 0 70 7 1 因此 在量具R R研究中使用的仪器的偏倚为佳 0 05MM 这意味着测量观测值平均比基准值小规模0 05MM 是过程变差的7 1 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 重复性测量过程的重复性意味着测量系统自身的变异是一致的 由于仪器自身以及零件在仪器中位置的变化导致的测量变差是重复性误差的两个一般原因 由于子组重复测量的极差代表了这两种变差 极差图将显示测量过程的一致性 如果极差图失控 通常测量过程的一致性有问题 如果极差图受控 则仪器变差及测量过程在研究期间是一致的 重复性标准偏差或仪器变差 e 的估计为Rbar d2 式中RBAR为重复测量的平均极差 仪器变差或重复性 假定为两次重复测量 评价人数乘以零件数量大于15 将为5 15RBAR d2 或4 65RBAR 代表正态分布测量结果99 d2 等于1 128 可从相关表中查出 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 重复性示例从生产过程中选取5件样品 选择两名经常进行该测量的评价人参与研究 每一位评价人对每一个零件测量三次 测量结果记录在数据表格上 见表1 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 RBAR 25 10 2 5R图控制限 D3 0 000D4 2 575 见参数表 UCLR RBAR D4 6 4LCLR RBAR D3 0 000重复性或量具变差估计 e Rbar d2 2 5 1 72 1 45式中d2 可从参数表中查得 它依赖于试验次数 M 3 及零件数量乘以评价人数量 G 5 2 10 本次研究得出的重复性计算为非作5 15 e 5 15 1 45 7 5 式中5 15代表正态分布的99 测量结果 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 零件间变差在均值控制图中可看出零件间的变差 一旦测量过程是一致的 极差图受控 而且可以检测出零件间变差 均值控制的大部分点在控制限外 那么可确定测量系统占过程不安定因素差的百分比 测量系统标准偏差 m 估计为 m SEMISQUARE e2 o2 式中 e为量具标准偏差 o为评价人标准偏差 零件间标准偏差 P 的估计是通过确定每一零件平均值 然后找出样品平均值极差 RP 零件间标准偏差 P 估计为RP d2 零件间变差 假定5个零件 将为5 15RP d2 或2 08RP 代表正态分布的99 测量结果 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 再现性测量过程的再现性表明评价人的变异性是一致的 如果存在评价人偏倚或变异性 每位评价人的所有平均值将会不同 这可以通过比较评价人对每件零件的平均值 在均值控制图上看出 评价人的变异性或再现性可通过确定每一评价人所有平均值 然后从评价人最大平均值减去最小的得到极差 R0 来估计 再现性的标准偏差 0 估计为R0 d2 再现性 假定2名评价人 为5 15RO d2 或是3 65R0 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 再现性示例根据表1的数据 可得 R0 216 9 216 3 0 6估计的评价人标准偏差 R0 d2 0 6 1 41 0 4式中d2 可从参数表中查得 它取决于评价人的人数 M 2 及G 这里G为1 因为只有1个极差要计算再现性 5 15R0 d2 2 2 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 由于量具变差影响了该估计值得 必须通过减去重复性部分来校正 校正过的再现性别 SEMISQUARE SQUARE 5 15R0 d2 SQUARE 5 15 e NR SEMISQUARE SQUARE2 2 SQUARE7 5 5 3 1 0式中 N 零件数量 R 试验次数校正的评价人标准偏差 0 1 0 5 15 0 19 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 与测量系统的再现性与重复性相关的过程变差百分比一般称为 R R 由 m t 100来估计 t为总过程变差标准偏差 由 t SEMISQUARE P2 M2 计算得出 P SEMISQUARE T2 M2 与测量系统重复性及再现性相关的公差的百分比估计为5 15 m 公差 100 产品尺寸的分级 数据分级 数可以根据 P m 1 41或1 41 PV R R 确定 对于过程分析来说 数据分级数必须为5个 最好更多 这样测量系统才是可接受的 因此 公差百分率 过程变差百分率 数据分级数是估计测量系统可接受性的不同量度 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 零件间变差示例根据表1数据 在均值图上对各位评价人以相同的零件号顺序标绘每个子组的平均值得 XBAR 平均值代表零件变差及测量变差 总平均值X2BAR 433 2 2 216 6 均值图控制限值计算如下 UCLXBAR X2BAR A2RBAR 219 2LCLXBAR X2BAR A2RBAR 214 1由于只有30 或少于一半的平均值在限值外 本例中的测量系统不足以检验出零件间变差 测量系统标准偏差 m SEMISQUARE e2 o2 SEMISQUARE 1 452 0 192 1 47 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 测量系统变差或量具R R 5 15 m 5 15 1 47 7 6从表1中数据可计算出零件变差 样本平均值极差RP 219 2 213 0 6 2零件间标准偏差 P RP d2 6 2 2 48 2 50在正态曲线下99 范围内零件间差别 PV 5 15 2 50 12 8总过程变差别的标准偏差 t 2 90研究得出的总过程变差TV 5 15 2 90 14 9 R R m t 100 R R TV 100 50 7 数据分级数 PV R R 1 41 2 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 线性及示例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 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5个零件 通过全尺寸检验设备测量每各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表3所示 零件偏倚靠由零件平均值减去零件基准值计算得出 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 最佳拟合这些点的线性回归直线及该直线的拟合优度 R2 计算如下 Y b aX式中 X 基准值Y 偏倚a 斜率a XY X Y n X2 X 2 n 0 1317b Y n a X n 0 7367 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 R2 XY X Y n 2 X2 X 2 n 2 X2 X 2 n 2 0 98偏倚 b aX 0 7367 0 1317 基准值线性 斜率 过程变差 0 1317 6 00 0 79 线性 100 线性 过程变差 13 17 拟合优度 R2 0 98拟合优度可用来推断偏倚与基准值之间的线性关系 但线性是斜率而不是拟合优度确定的 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 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1 10 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为最大程度的减少误导结果的可能性 应采取下列步骤 1 测量应随机进行 盲测 2 在设备读数中 读数应估计到可得到的最接近的数值 3 研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行4 每一位评价人应采用相同的方法 包括所有步骤 来获得度数 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 测量系统研究的准备实施研究之前的典型准备如下 先计划将要使用的方法评价人的数量 样品数量及重复读数次数应预先确定 考虑以下因素 尺寸的关键性 关键尺需要更多的零件或 和试验零件结构调整 大或重的零件可规定较少样品和较多试验评价人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 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 计量型测量系统研究指南 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 确定稳定性用指南1 获取一样品并确定其相对于可追溯标准的基准值 如不可得 可选择一个落在产品测量中程数的产品零件 对追踪测量系统的稳定性不需要一个已知基准值 l可能需要具备预期测量值的最低值 最高值及中程数的标准样本 建议对各种样本单独测量并做控制图 2 定期 天 周 测量基准样品3至5次 样本容量和频率应基于对测量系统的理解 3 在Xbar R控制图中标绘数据4 确定每个曲线的控制限并按标准曲线图判断失控或不稳定状态 计算测量结果的标准偏差并与测量过程偏差相比较 确定测量系统的重复性是否适于应用 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 确定偏倚用指南独立样本法获取一样本并确定其基准值 如果不可得 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偏倚分析 在工具间测量该零件10次 并计算这10次读数据的平均值 把这个平均值作为 基准值 让一位评价人以通常的方法测量该零件10次计算这10次读数的平均值用该平均值减去基准值来计算偏倚 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 偏倚 观测平均值 基准值过程变差 6 极差偏倚 偏倚 过程变差 100 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 图表法如果用Xbar R图测量稳定性 这些数据也可用来评价偏倚 获取一样本并确定其基准值 如果不可得 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偏倚分析 在工具间测量该零件10次 并计算这10次读数据的平均值 把这个平均值作为 基准值 从图表中计算X2bar值用X2bar减去基准值来计算偏倚计算公式同上 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 结果分析如果偏倚较大 可能原因 标准或基准值误差 检验校准程序仪器磨损 主要表现在稳定性分析上 应制定维护或重新修理的计划 制造的仪器尺寸不对仪器测量了错误的特性仪器校准不正确 复查校准方法评价人操作设备不当 复查检验说明书仪器修正计算不正确 深圳立英管理策划有限公司编制 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 确定线性用指南 选择5件零件 由于过程变差 这些零件的测量值要覆盖量具的工作量程用全尺寸检验设备测量每个零件 以确定其基准值和确认包含了被检量具的工作量程让通常情况下使用该量具的操作人之一用该量具测量每个零件12次 按随机的顺序选择零件以将测量偏倚减到最少计算每个零件的测量平均值和偏倚画出偏倚平均值和基准值使用以下方程计算最佳拟合这些点的回归直线和直线的拟合优度 R2 注 公式见前面讲义 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 最佳拟合这些点的线性回归直线及该直线的拟合优度 R2 计算如下 Y b aX式中 X 基准值Y 偏倚a 斜率a XY X Y n X2 X 2 n 0 1317b Y n a X n 0 7367 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 R2 XY X Y n 2 X2 X 2 n 2 X2 X 2 n 2 0 98偏倚 b aX 0 7367 0 1317 基准值线性 斜率 过程变差 0 1317 6 00 0 79 线性 100 线性 过程变差 13 17 拟合优度 R2 0 98拟合优度可用来推断偏倚与基准值之间的线性关系 但线性是斜率而不是拟合优度确定的 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 确定重复性和再现性用指南计量型量具的分析可以运用多种不同的技术 本讲详细讨论两种可接受的方法 极差法 均值和极差法 包括控制图法 它们的分析中都忽略了零件内变差 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 均值和极差法均值和极差法是一种提供测量系统重复性和再现性估计的数学方法 它允许把测量系统分解成两部分 重复性和再现性 如果重复性比再现性大 原因可能是 1 仪器需要维护2 量具应重新设计来提高钢度3 夹紧和检验点需要改进4 存在过大的零件间变差 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 如果再现性比重复性大 原因可能是 1 评价人需要更好的培训如何使用量具仪器和读数2 量具刻度盘上的刻度不清楚3 需要某种夹具帮助评价人提高使用量具的一致性 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 进行研究详细程序 取得包含10个零件的一个样本 代表过程变差的实际或预期范围指定评价人A B C 并按1至10的顺序给零件编号 但评价人不应能看到这些数字 盲测 如果校准是正常程序的一部分 则对量具进行校准 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 让评价人A以随机的顺序测量10个零件 并让另一个观测人将结果记录在第1行 让评价人B C测量这10个零件并互相不看对方的数据 然后将结果分别填入第6行和第11行 使用不同的随机测量顺序重复上述操作过程 把数据填入第2 7和12行 在适当的列记录数据 如果需要实验三次 重复上述操作 将数据记录在第3 8和13行 立英顾问 管理专家LINGConsultant ManagementExpert 深圳立英管理策划有限公司编制 当零件量过大或无法获得所需零件时 第4和第5步可以改成 A 让评价人A测量第1个零件 并在第1行记录读数 让评价人B测量第1个零件并在第6行记录读数 让评价人C测量第1个零件并在第11行记录读数B 让评价人A重复读取第1个零件记录在第2行 评价人B在第7行记录重复读数 评价人C在第12行记录重复读数 如果需要测量3次 则重复上述操作并在第3 8和13行记录数 如果评价人在不同的班次 可以使用一个替代的方法 让