测量系统统计特性

1,测量系统分析MeasurementSystemAnalysis,2,1.测量系统分析的目的,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,3,测量定义为赋值（或数）给具体事物以表示它们之间关于特定性的关系。这个定义由美国标准局(NBS)cccEisenhart1963）首次提出。赋值过程定义为测量过ccc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；包括通过/不通过装置。测量系统：是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。,2.术语,4,3.量测过程,：标准：零件：仪器：人/程序：环境,SWIPE,量测,数值,分析,输入,输出,可接受可能可接受需改善,量测系统,如果测量的方式不对，那么好的结果可能被测为坏的结果，坏的结果也可能被测为好的结果，此时便不能得到真正的产品或过程特性。,5,6.1测量仪器-分辨率,分辨力:别名：最小的读数的单位、测量分辨率、刻度限度或探测度为测量仪器能够读取的最小测量单位。,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,由设计决定的固有特性测量或仪器输出的最小刻度单位总是以测量单位报告1：10经验法则,6,6.2稳定性,稳定性是指测量器具对标准物的测量（均值和标准差）不因时间的变化而变化。控制图（SPC)是对稳定定进行监控的最好工具。,7,测量系统统计特性,8,数据变差的来源,仪器(量具),工作件(零件),扩大,量测系统变异,变异性,敏感性,接触几何,变形效应,一致性,单一性,重复性,再现性,使用假设,稳健设计,偏移,线性,稳定性,校准,预防性维护,维护,创建公差,发展的变异,发展,设计变异夹持位置测量站测量探测器,相互关连的特性,清洁,适合的数据,工作的定义,弹性变形,质量,弹性特性,支撑特性,隐藏的几何,可追溯性,校准,热扩散系数,弹性特性,人员/程序,环境,教育,身体的,限制,程序,目视标准,工作规定,工作态度,经验,培训,经验,培训,理解,技能,人因工程,照明,压力,振动,空气污染,几何的兼容性,阳光,人工光阳,光阳,温度,人员,空气流程,热的系统,平等化系统构成要素,周期,标准与环境的关系,标准,9,测量系统的统计特性,Bias偏倚(Bias)Repeatability重复性(precision精度)Reproducibility再现性Linearity线性,10,偏倚：是测量结果的观测平均值与基准值的差值。真值的取得可以通过采用更高等级的测量设备进行多次测量，取其平均值（前提为测量值与标准尺寸是否存在显著差异T检验，测量数据需要达到15个以上）。,1.偏倚(Bias),11,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,1.1造成过份偏倚的可能原因,12,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（强调自身的精度）,2.重复性(Repeatability),13,零件(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,14,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（强调测量环境带来的影响）,3.再现性(Reproducibility),15,零件(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,3.1再现性不好的可能潜在原因,16,评价人(操作者)之间：评价人A,B,C等的训练、技术、技能和经验不同导致的均值差。对于产品及过程资格以及一台手动测量仪器，推蕮进行此研究。环境之间：在第1,2,3等时间段内测量，由环境循环引起的均值差。这是对较高自动化系统在产品和过程资格中最常见的研究。违背研究中的假定仪器设计或方法缺乏稳健性操作者训练效果应用零件尺寸、位置、观察误差(易读性、视差),3.1再现性不好的可能潜在原因,17,基准值,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,無偏倚,偏倚,線性(變化的線性偏倚),在量具正常工作量程内的偏倚变化量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,4.线性(Linearity),18,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；环境影响温度、湿度、震动、清洁度；其它零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、读错。,4.1线性误差的可能原因,19,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，应具有零变差、零偏倚和所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。,6.理想的测量系统,20,足够的分辨力。为了测量的目的，相对于过程变差或规范控制限，测量的增量应该很小。通常所有的十进制或10/1法则，表明仪器的分辨率应把公差(过程变差)分为十份或更多。这个规则是选择量具期望的实际最低起点。测量系统应该是统计受控制的。这意味着在可重复条件下，测量系统的变差只能是由于普通原因而不是特殊原因造成。这可称为统计稳定性且最好由图形法评价。,7.测量系统应有的特性,21,对产品控制，测量系统的变异性与公差相比必须小于依据特性的公差评价测量系统。对于过程控制，测量系统的变异性应该显示有效的分辨率并与过程变差相比要小。根据6变差和或来自MSA研究的总变差评价测量系统。,偏倚、重复性、再现性、线性可接受,7.测量系统应有的特性,22,第三章测量系统变异性影响,23,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,再现性,过程变差,1.测量系统变异性的影响,“重复性”和“再现性”是测量误差的主要来源,24,1.1测量系统变异性的影响,测量零件后:1)确定零件是否可接受（在公差内）或不可接受（在公差外）。2)零件进行规定的分类产品控制原理:测量零件进行分类活动。过程控制原理:零件变差是由过程中的普通原因还是特殊原因造成的。,25,2.对产品决策的影响,I型错误:生产者风险误发警报好零件有时会被判为“坏”的,II型错误:消费者风险或漏发警报坏零件有时会被判为“好”的,I型错误:,II型错误,26,Badisbad,2.对产品决策的影响,错误决定的潜在因素:测量系统误差与公差交叉时,产品状况判定:目标是最大限度地做出正确决定有二种选择：改进生产区域：减少过程变差，没有零件产生在II区。改进测量系统：减少测量系统误差从而减小II区域的面积，这样就可以最小限度地降低做出错误决定的风险。,27,3.对过程决策的影响,对过程决策的影响如下:1)普通原因报告为特殊原因2)特殊原因报告为普通原因测量系统变异性可能影响过程的稳定性、目标以及变差的决定。,28,4.新过程的接受,新过程：如机加工、制造、冲压、材料处理、热新过程的接受处理，或采购总成时，作为采购活动的一部分，经常要完成一系列步骤。供应商处对设备的研究以及随后在顾客处对设备的研究。如果生产用量具不具备资格却被使用。如果不知道是仪器问题，而在寻找制程问题，就会白费努力了。,29,第四章测量系统分析,30,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）,31,1.稳定性分析之执行:,1)获取一样本并确定其相对于可追溯标准的基准值。2）定期（天、周）测量标准样本35次，样本容量和频率应该基于对测量系统的了解。3）将数据按时间顺序画在X&R或X&S控制图上结果分析-作图法4）建立控制限并用标准化控制图分析评价失控或不稳定状态。结果分析-数据法,32,1.稳定性分析之执行:,产品特性/控制计划中所提及的过程特性,针对样本使用更高精密度等级的仪器进行精密测量十次，加以平均，做为参考值。,计算每一组的平均值/R值。计算出平均值的平均值/R的平均值。,1.计算控制界限:A)平均值图：Xbarbar+-A2Rbar,XbarbarB)R值图：D4Rbar,Rbar,D3Rbar2.划出控制界限,将点子绘上3.先检查R图，以判定重复性是否稳定。4.再看Xbar图，以判定偏移是否稳定。5.若控制图稳定，可以利用Xbarbar-标准值，进行偏差检定，看是否有偏差。6.若控制图稳定，利用Rbar/d2来了解仪器的重复性。,33,1.稳定性分析之执行:,1.后续持续点图、判图2.异常的判定a)R图失控，表明不稳定的重复性，可能什么东西松动、阻塞、变化等。b)X-BAR失控，表明测量系统不再正确测量，可能磨损，可能需重新校准。,34,2.偏倚BIAS分析之执行:,35,X1=0.75mmX6=0.8mmX2=0.75mmX7=0.75mmX3=0.8mmX8=0.75mmX4=0.8mmX9=0.75mmX5=0.65mmX10=0.7mm,同一操作者对同一工件测量10次,如果参考标准是0.80mm.过程变差为0.70mm,=0.75,Bias=0.75-0.8=-0.05,%Bias=1000.05/0.70=7.1%,表明7.1%的过程变差是偏倚BIAS,2.偏倚BIAS实例1:,36,3.线性(Linearity)比较良好的情况,在测量范围全领域基准值和测量平均值一致/没有偏倚正确地测量.,在测量范围全领域具有常数倍数的偏倚./虽有偏倚但是因为大小一定所以可以容易调整.,基准值,基准值,测量平均,偏倚,偏倚,测量平均,基准值,基准值,37,线性(Linearity)的分析,线性不好的情况测量范围全领域偏倚(正确度)不一定的情况无法矫正.,偏倚,基准值,偏倚,基准值,38,线性(Linearity)和偏倚(Bias)判定基准,线性(Linearity)差时需要考虑的事项：,调查量具测量范围中上部或下部的刻度是否合适检验基准值是否正确检验测量位置是否正确检验测量者是否正确的使用了仪器检验量具磨损与否检验量具校准与否调查量具本身内部设计问题,电子式的话在测量全范围进行再校准.机械式的话在测量范围中以经常使用的范围为中心进行校准后不允许在其他范围使用.,39,平均范围=(2+1+1+2+1)/5=7/5=1.4量具误差=5.15*/d=5.15/1.19*=4.33*=4.33*1.4=6.1%GageR&R=量具误差GageError/允差Tolerance=6.1/20*100%=30.5%,3.快速GR&R（极差法/短期模式）,d常数表,允差Tolerance=20,=最大值-最小值,40,5.计量型数据的均值-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:,41,示范：MSA搜集数据的规划,42,搜集GRR的数据,示范：量测系统分析计量,43,示范：量具再现性及再生性数据表,x,R,R,R,x,44,公式：%AV=100AV/TV%AV=10.79%n=零件数r=量测次数,再现性作业者变异（AV）公式：AV=n=10r=2AV=0.0304,公式：%EV=100EV/TV%EV=12.59%,重复性设备变异（EV）公式：EV=R*K1EV=0.0355,制程变异,量测单元分析,量测次数,K1,23,0.88620.5908,作业者人数,2,3,K2,0.7071,0.5231,示范：量具重复性及再现性报告,45,全变异（TV）公式：TV=TV=0.2839,公式：%PV=100PV/TVPV=98.62%公式：ndc=1.41PV/GRRndc=8.3978,零件变异（PV）公式：PV=Rp*K3PV=0.2800,公式：%R&R=100