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MSA测量系统分析MeasurementSystemsAnalysis,课程大纲,测量系统分析的目的测量和测量系统基本概念测量系统的特性测量系统分析项目测量系统分析的方法计数型测量系统的分析,课程大纲,测量系统分析的目的测量和测量系统基本概念测量系统的特性测量系统分析项目测量系统分析的方法计数型测量系统的分析,测量系统分析的目的,现在普遍依据测量数据来决定是否调整制造过程，因此应用以数据为基础的方法的收益，很大程度上决定于所用测量数据的质量。测量数据质量是由在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确定。例如：假定用在稳定条件下运行的某测量系统，得到某一特性的多次测量数据。如果这些测量数据与这一特性的标准值都很“接近”，那么可以说这些测量数据的质量“高”，反之则认为“低”。,课程大纲,测量系统分析的目的测量和测量系统基本概念测量系统的特性测量系统分析项目测量系统分析的方法计数型测量系统的分析,测量:赋值（或数）给具体物以表示它们之间关于特定特性的关系。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值量具:用于获得测量的装置测量系统: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。,测量和测量系统基本概念,标准：用于比较的可接受的基准用于接受的准则已知数值，在表明的不确定度界限内，作为真值被接受基准值。一个标准应该是一个可操作的定义：由供应商和顾客应用时，在昨天、今天和明天都具有同样的含义，产生同样的结果。,测量和测量系统基本概念,分辨率：测量系统检测并如实指示被测特性的微小变化的能力。被测特性根据测量值分为不同的数据组，同一数据组内的零件之被测特性具有同样的数值。有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,测量和测量系统基本概念,测量和测量系统基本概念,单位：0.001英寸,单位：0.01英寸,不适当的分辨率导致错误的圆整,基准值人为规定的可接受值需要一个可操作的定义作为真值的替代真值物品的实际值未知的和不可知的,测量和测量系统基本概念,误差：定义：测量时，实际测量值（或测量平均值）与真值之间的差异，称为“误差”；公式：误差=测量值-真值分类：若就误差的性质区分，一般可分为，其特质如下图：系统性误差：随机性误差：重大误差（粗大误差）：,测量和测量系统基本概念,测量数据的质量:真值基准值一个好的或高质量的测量具备哪些特点？一个差的或低质量的测量具备哪些特点？如何表征数据质量的统计特性偏倚：位置方差：分布,测量和测量系统基本概念,测量和测量系统基本概念,正确,错误,精确,不精确,位置,分布,测量系统分析的项目,偏倚（Bias）稳定性（Stability）线性（Linearity）重复性（Repeatability）再现性（Reproducibility）,偏倚（Bias）,偏倚的定义为对一个被测特性的多次测量值的平均值与基准值的差值测量系统的系统误差造成,稳定性（Stability）,稳定性（或飘移），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的总变差偏移随时间的变化一个稳定的测量过程是关于位置的统计受控,当用量具在工作范围上测量不同大小的特性时，其偏倚可能是不同的。测量系统的线性便是表征在量具的工作范围内其偏倚变化规律的一个统计特性。测量系统的系统误差造成,线性（Linearity）,重复性（Repeatability）,重复性定义：同一评价人，采用同一测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差在固定和规定的测量条件下连续（短期）试验变差通常指E.V.-设备变差仪器（量具）的能力或潜能系统内变差基准不是必须的影响所有的随机测量结果,再现性（Reproducibility）,由不同的评价人，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对于产品和过程条件，可能是评价人、环境（时间）或方法的误差通常指A.V.评价人变差系统间（条件）变差包括重复性、实验室、环境及评价人影响,GRR或量具R&R,量具重复性和再现性：测量系统重复性和再现性合成的评估测量系统能力测量系统变差的短期评估，如：“GRR”包括图形测量系统性能测量系统变差的长期评估，长期控制图法,课程大纲,测量系统分析的目的测量和测量系统基本概念测量系统的特性测量系统分析项目测量系统分析的方法计数型测量系统的分析,测量标准体系,国家标准,一级标准,二级标准,三级标准,准确度下降、成本降低、对环境更加稳健,公司标准由公司的计量部门保持和使用,工作标准，也称为生产标准，由生产人员保持和使用，用来校准在生产设备中使用的测量系统,合格的测量系统,足够的分辨率和灵敏度为了测量的目的，相对于过程变差和规范控制限，测量的增量应该很小。通常所知的十进位或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的在可重复条件下，测量系统的变差只能是由于不同原因而不是特殊原因造成的。这可称为统计稳定性且最好由图形法评价,合格的测量系统,产品控制要求对于产品控制，测量系统的变异性与公差相比必须小。依据特性的公差评价测量系统过程控制要求对于过程控制，测量系统的变异性应该显示有效的分辨率并且与制造过程变差相比要小。,理想的测量系统,理想的测量系统：零方差、零偏倚和错误分类零概率；用多次测量数据的统计特性来确定测量系统的质量测量数据的变差的统计特性:偏倚(Bias)稳定性(Stability)线性（Linearity）重复性(Repeatability)再现性(Reproducibility),相对于公差，对零件作出错误决定的潜在因素只在测量系统误差与公差交叉时存在，下面给出三个区分的区域；,目标,此处：坏零件总是坏的可能作出潜在的错误决定好零件总是好的,对于产品状况，目标是最大限度地作出正确的决定，有两种选择：A、改进生产过程：减少过程变差，没有零件生产在区域；B、改进测量系统：减少测量系统变差从而减少区域的面积，所有零件都在区，从而风险降低。,LSL,USL,测量过程示意图,设备（量具：制造误差)人员（熟练程度、认真程度、读数等差别)原材料（被测对象：内部差别)操作规程环境（温度、湿度、灰尘、振动),共同作用,输出,顾客测量值,变差源,测量系统受随机和系统变差源影响。这些变差源由普通原因和特殊原因造成。为了控制测量系统变差：识别潜在的变差源排除（可能时）或监控这些变差源,测量系统变差,课程大纲,测量系统分析的目的测量和测量系统基本概念测量系统的特性测量系统分析项目测量系统分析的方法计数型测量系统的分析,测量的分类,计量型数据：可以用数字表达的质量特性数据。如：厚度、压力、长度等,计数型数据：只能给出定性的结果的检测数据。如：用通过/不通过量规检测孔，只能告诉通过/不通过，而不能告诉孔的大小的具体数值。,如何获得数据,检查测量试验,包括感官,分析时机,新生产的产品，PV有不同时，如试生产；新仪器，EV有不同时；新操作人员，AV有不同时；易损耗之仪器必須注意其分析频率；客户要求的频次。,分析的步骤如何进行量测系统分析？,建立必要之程序书、指导书文件，以管制所有量测系统维持在正常及最佳状态。制定计划：选择分析对象/分析项目/分析时间，确定抽样方法；须有合格之分析人员，待分析之量具，以及必要之环境。搜集足够之数据，再依据所使用之分析记录执行分析作业。盲测数据分析结论判定此量测系统是处于可接受、勉强接受或不能接受。,测量系统分析的项目,偏倚（Bias）稳定性（Stability）线性（Linearity）重复性（Repeatability）再现性（Reproducibility）零件变异（PartVariation）,偏倚（Bias）,偏倚的定义为对一个被测特性的多次测量值的平均值与基准值的差值测量系统的系统误差造成,偏倚（Bias）,(例1)1位作业者测量1个零件10次，测量值如下所示：X1=0.75X6=0.80X2=0.75X7=0.75X3=0.80X8=0.75X4=0.80X9=0.75X5=0.65X10=0.70测量平均值VA=Xi/10=0.75，已知该零件之真值VT为0.8mm，零件的制造过程变差0.70mm(制程变差=6)则Bias=VA-VT=0.750.80=-0.05%Bias100（Bias/制造过程变差）100(0.05/0.70)=7.1%,稳定性（Stability）,稳定性又称为漂移（Drift），是指不同时间测量值之变异，此量测之方式可有两种：1.以相同标准件在不同时间量测同一量具所得之变异。2.以相同量具在不同时间量测同一零件所得之变异。稳定性可右图面图形表示：,稳定性（Stability）,稳定性又称为漂移（Drift），是指不同时间测量值之变异，此量测之方式可有两种：1.以相同标准件在不同时间量测同一量具所得之变异。2.以相同量具在不同时间量测同一零件所得之变异。稳定性可右图面图形表示：,当用量具在工作范围上测量不同大小的特性时，其偏倚可能是不同的。测量系统的线性便是表征在量具的工作范围内其偏倚变化规律的一个统计特性。测量系统的系统误差造成,线性（Linearity）,线性（Linearity）,作业者测量5个不同零件，其真值分别为2.00mm，4.00mm，6.00mm，8.00mm及10.00mm，每个零件测量12次，如下页所示：,线性（Linearity）,重复性（Repeatability）,重复性定义：同一评价人，采用同一测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差在固定和规定的测量条件下连续（短期）试验变差通常指E.V.-设备变差仪器（量具）的能力或潜能系统内变差基准不是必须的影响所有的随机测量结果,重复性（Repeatability）,重复性又称为量具变异，是指用同一种量具，同一位作业者，当多次量测同一零件之指定特性时所得之变异，以公式表示如下：EV=，%EV100（EVTV）公式说明：EV为重复性，TV为全变异。为所有作业者执行多次量测所得之变异平均值。K1为重复性之系数，与量测次数有关。TV为全变异，TV=,重复性,计算A测的所有样品的总平均值XA。,同样方法计算RB,XB,RC,Xc,对每个样品由三个人所测得的9个测试值求平均值，计算这些均值的极差Rp,计算A对每个样品三次测试结果的极差，然后计算10个样品的极差的均值RA,重复性（Repeatability）,(例2)三位作业者对10个零件分别量测，每个零件量测两次，数值如下表所列,重复性（Repeatability）,再现性（Reproducibility）,由不同的评价人，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对于产品和过程条件，可能是评价人、环境（时间）或方法的误差通常指A.V.评价人变差系统间（条件）变差包括重复性、实验室、环境及评价人影响,再现性（Reproducibility）,(例2)同例1，亦是三位作业者10个零件分別测量，每个零件测量两次，如下表：,再现性（Reproducibility）,零件变异（PartVariation）,能力指数Cp-GRR对能力指数CP的影响,例如，如果测量系统Cp指数是2，为了计算的（观测）指数为1.33,实际过程需要Cp大于或等于1.79。如果测量系统Cp本身是1.33，最终结果也要求是1.33，那么过程必须完全没有变差，这显然是一个不可能的条件。在采购时使用的（高等级）测量系统的GRR为10%且实际过程Cp为2.0的情况下，在采购时观测过程Cp将为1.96。这一过程是在生产中用生产量具研究时，将会观测到更大的变差（如，较小的Cp）。例如，如果生产量具的GRR为30%且实际过程Cp仍是2.0，那么观测的过程Cp为1.71。最坏的假想情况是如果生产用量具不具备资格却被使用了如果测量系统的GRR实际为60%（但不知到这个事实），那么观测的Cp将是1.20。,能力指数Cp-GRR对能力指数CP的影响,课程大纲,测量系统分析的目的测量和测量系统基本概念测量系统的特性测量系统分析项目测量系统分析的方法计数型测量系统的分析,计量型量测系统分析方法,偏倚分析：独立样本法控制图法稳定性分析线性分析重复性和再现性分析（GRR）极差法均值极差法方差分析法（ANOVA）,偏倚独立样本法：取样本并建立可溯源的标准值。在工具室测量把其当作“基准值”。让一个评价人，以通常方法测量样本10次以上。相对与基准值将数据画出直方图并评价，用专业知识确定是否存在特殊原因或出现异常。如果没有，继续分析，对于n小于等于30时的解释或分析，应当特别谨慎。计算n个读数的均值偏倚观测测量平均值基准值,举例稳定性为了确定一个新的测量装置稳定性是否可以接受，工艺小组在产品中值数附近选择了一个零件，实验室测量结果是6.01。小组每班测量这个零件5次，共测量4周（20个子组）。收集所有数据后均值极差图就作出来了。控制图分析显示，测量过程是稳定的，因为没有出现明显的特殊原因。(TheX-Rcontrolchartinthenextpage.),偏倚研究的分析如果偏倚从统计上非0，寻找以下可能的原因：标准和基准值误差，检查标准程序仪器磨损，这在稳定性分析可以表现出，建议按计划维护或修整仪器制造尺寸有误仪器测量了错误的特性仪器未得到完善的校准，评审校准程序评价人设备操作不当，评审测量指导书仪器修正运算不正确,线性-择不少于5个覆盖量具操作范围的零件；-确认其基准值；-由仪器操作者随机测量（盲测）每个零件m10次。-计算每次测量的偏倚及偏倚均值；-在线性图上画出单值偏倚和相关基准值的偏倚均值-用下面等式计算和画出最佳拟合线和置信带,重复性和再现性常用方法有：均值极差法：是一种可提供可对测量系统重复性和再现性两个特性作估计评价的方法。与极差法不同，这种方法可以将测量系统的变差分成两个部分，而不是他们的交互作用。,收集数据（零件数可超过10，最好大于15，可以减少抽样变差和结果的风险），完成GRR数据表。均值图：可以确定评价人之间的一致性（一半以上的点超出控制线）极差图：用于确定过程是否受控。如果所有的极差都受控（趋势分析不适用），则所有评价人的工作状态都是相同的。如果一个人不受控，说明他的方法与其他人不同。如果所有评价人都不受控，则测量系统对评价人的技术很敏感，需要改善。其它图形如链图、散点图、震荡图、误差图、归一化直方图、均值基准值图、比较图等,数值的计算重复性(设备变差)EV再现性(评价人变差)AV重复性和再现性R&R=零件变差PV总变差TV=%R&R=R&R/TV%R&R=R&R/TV用于过程的控制的测量，如SPC%R&R=R&R/Tolerance用于产品控制的测量，如100%检验、抽样检验,如果重复性比再现性大，原因可能是：设备需要维护、量具需要重新设计增加刚度、测量的夹紧或定位需要改进、零件内的变差过大；如果再现性比重复性大，原因可能是：评价人需要更好地接受如何使用测量仪器和度数培训、量具刻度盘校准部清晰。,反应措施：位置误差：再校准调零宽度误差：重新校准量具的维护量具的改进设计夹具的调整岗位操作培训,例:游标卡尺测量一金属零部件的长度,1.分析变差的来源。主要变差来源：a.人员读数，手势，方法b.卡尺本身游