测量系统分析课程介绍

1,测量系统分析,2,课程大纲：,测量测量误差测量系统的基本概念测量系统分析的策划测量系统分析的实施计量型测量系统的分析1）偏倚2）线性3）重复性和再现性（R&R）4）稳定性计数型测量系统的分析1）小样法,3,测量,如果测量出现问题（出现较大的测量误差）时，那么合格的产品可能被判为不合格，不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品或过程特性信息。,4,测量误差的来源：,Discrimination分辨能力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)Differenceinusebyinspector不同使用人员的差异(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),5,测量误差的表达,Y=x+测量值=真值(TrueValue)+测量误差,戴明说没有真值的存在,一致,6,为什么要进行测量系统分析,即使检测设备经过检定或校准，由于人、机、料、法、环、测等五方面的原因，会带来测量误差；检测设备的检定或校准不能满足实际测量的需要；因此，还需要对测量系统进行评价，分析测量结果的变差（误差），从而确定测量系统的质量，以满足测量的需要；汽车行业质量管理体系标准（QS9000、VDA6.1、ISO/TS16949）的要求。,7,ISO/TS16949:2002标准7.6的要求,7.6监控和测量装置的控制组织必须确定需实施的监控和测量以及所需的监控和测量装置,为产品符合确定的要求提供证据。组织必须建立过程，以确保监控和测量活动可行并与监控和测量的要求相一致的方式实施。为确保结果有效，必要时，测量设备必须：a）对照能溯源到国际或国家基准的测量基准，按照规定的时间间隔或在使用前进行校准和检定。当不存在上述标准时，必须记录校准或检定的依据；b)进行调整或必要时再调整；c）得到标识，以确定其校准状态；d)防止可能使测量结果失效的调整；e）在搬运、保养和贮存期间防止损坏或失效；,8,此外，当发现设备不符合要求时，组织必须对以往测量结果的有效性进行评价和记录。组织必须对该设备和任何受影响的产品采取适当的措施。校准和验证的记录必须予以保持。当计算机软件用于规定要求的监控和测量时，必须确认其满足预期用途的能力。确认必须在初次使用前进行，必要时重新确认。7.6.1测量系统分析为分析各种类型的测量和试验设备系统的测量结果的变差，必须进行统计研究。此要求必须适用于在控制计划中提及的测量系统。所用的分析方法及接收准则必须符合顾客关于测量系统分析的参考手册。如果得到顾客的批准，也可采用其他的分析方法和接收准则。,9,7.6.2校准验证记录用以证明产品符合规定要求的所有量具、测量和试验设备（包括员工和顾客所有的设备），其校准验证记录必须包括：设备标识，包括校准设备时所用的测量标准；由工程更改所发生的修订；在校准/验证时获得任何偏离规范的读数；超出规范条件时的影响的评估；在校准验证后，有关符合规范的说明；如果可疑材料或产品已被发运，给顾客的通知。,10,测量系统的基本概念,术语；测量系统的统计特性；分辨力、稳定性、偏倚、重复性、再现性、线性理想的测量系统；,11,术语,测量：赋值给具体事物以表示他们之间的关系。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：用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、方法、夹具、软件、人员、环境的集合；用来获得测量结果的整个过程。,12,测量系统的统计特性,通常使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质量：Discrimination分辨力(abilitytotellthingsapart)；Bias偏倚；Repeatability重复性；Reproducibility再现性；Linearity线性；Stability稳定性。,13,分辨力（率）,定义：指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。传统是公差范围的十分之一。建议的要求是总过程变差6(标准偏差)的十分之一。,10,30,14,偏倚(Bias)：,基准值,观测平均值,偏倚,偏倚：是测量结果的观测平均值与基准值的差值。基准值的取得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。,15,重复性(Repeatability),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。,16,再现性(Reproducibility)：,再现性是由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。,再現性,操作者B,操作者C,操作者A,17,稳定性(Stability)：,稳定性,时间1,时间2,稳定性：是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的相同特性时获得的测量值的总变差。,18,线性(Linearity)：,量程,基准值,观测平均值,基准值,线性是在测量设备正常操作范围内，偏倚值的差值,19,线性(Linearity)：,观测平均值,基准值,无偏倚,有偏倚,20,测量系统的变差类型：偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性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。,21,位置和宽度,位置,宽度,位置,宽度,标准值,22,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。,23,0,1,2,3,4,确定范围,0,1,2,3,4,5,计划和定义,产品设计和开发,过程设计和开发,产品和过程确认,反馈、评定和纠正措施,5,产品质量先期策划,测量系统分析的策划,24,流程,活動,制造过程流程图试生产控制计划作业指导书测量系统分析计划过程能力研究计划等,产品标准图纸零件明细表,过程设计和开发,谁做?,输出,绩效测量指标,资源?,输入,怎么做?,25,输出-制造过程流程图,过程流程图系统地显示了现有或提出的过程流程，它可用来分析制造、装配过程自始至终的机器、材料、方法和人力变化原因。它是用来强调过程变化原因的影响。流程图有助于分析总的过程而不是过程中的单个步骤。当制定控制计划时，流程图有助于产品策划小组将注意力集中在过程上。必须评审制造过程流程图是否明确了所有需控制的工步以及产品特性和过程特性（工艺参数）。,26,27,输出-试生产控制计划,控制计划是规定试生产过程进行的尺寸测量和材料、功能试验的描述。产品策划小组负责制定并在试生产之前完成。试生产控制计划应包括正式生产过程前要实施的附加产品过程控制。试生产控制计划必须明确在制造流程图中所识别出来的产品特性和控制特性的控制方法系统。,28,输出-制定测量系统分析计划,为分析各种测量和试验设备系统测量结果的变差，必须对控制计划中提及的各种类型的测量系统进行适当的统计研究。这些分析方法以及接收准则的使用必须符合顾客的测量系统分析参考手册。采用其他的分析方法和接受准则必须获得顾客的批准。APQP小组或责任部门应根据试生产或批产控制计划制定测量系统分析计划。应制定测量系统分析的管理办法，范例见附件。测量系统分析计划格式见附件。,29,课堂练习：,选择目前公司生产的一种产品，制定测量系统分析计划请各组分别进行，要求在30分钟内完成。,30,测量系统分析的实施,计量型测量系统分析的实施1）偏倚2）线性3）重复性和再现性（R&R）4）稳定性计数型测量系统分析的实施1）小样法,31,偏倚分析,进行研究1）分析人员选择一个落在生产测量的中程数的生产零件，指定其为偏倚分析的标准样本。采用高一级测量仪器测量这个零件并计算出“基准值”。2）让一个生产现场使用该量具的操作人员，以通常方法测量样本10次以上并计算这些数据的均值，把均值作为“观测平均值”。,基准值,测量系统的观测平均值,偏倚,32,计算偏倚:偏倚=观测平均值基准值过程变差=6%偏倚=偏倚/过程变差（或公差）判定：根据测量系统分析管理办法中规定的接收准则进行判定。,33,如果偏倚分析不可接收，查看下述可能的原因：标准或基准值误差；仪器磨损。这在稳定性分析可以表现出，建议按计划保养或修整；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，评审校准规程；评价人设备操作不当，评审测量说明书等；,34,案例,35,课堂练习,工艺工程师在评价一个用来监控生产过程的新的测量系统：电子秤，工程师准备评价测量系统的偏倚，选择一个零件作为评价样本。这个零件经测量确定其基准值为3530.2克,而后这个零件交由现场操作人员测量了10次，数据如下，请进行偏倚分析并判定是否可接收？已知该产品重量的控制范围为3500+/-70克，重量为特殊特性。15次测量数据为：3533、3531、3532、3535、3535、3532、3529、3530、3534、3532,36,线性分析,线性按以下方法评价：1）选择5个零件作为分析样本，这些零件测量值应覆盖量具的正常工作范围。2）由分析人员采用高一级测量仪器测量每个零件以确定其“基准值”，并确认是否包括量具的正常工作范围。3）通常由使用量具的操作者中的一人测量每个零件m10次。备注：随机的选择零件以使评价人对测量偏倚的“记忆”最小化。,37,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。,38,计算偏倚:偏倚=观测平均值基准值过程变差=6画图:X軸=基准值Y軸=偏倚其方程式为:y=ax+b再分別计算其：截距，斜率，拟合度，线性，线性%等,39,公式,斜率,截距,40,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。,41,线性接受准则：a.对测量特殊特性的测量系统，线性%5%接受，线性%5%时，不予接受。b.对测量非特殊特性的测量系统，线性%10%接受，线性%10%时，不予接受。如果测量系统为非线性，查找下述可能原因：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。,42,案例练习：,P表示零件号，m表示基准值，r为测量值,43,44,课堂练习：,工艺工程师在评价一个用来监控生产过程的新的测量系统：电子秤，工程师准备评价测量系统的线形，选择5个零件作为评价样本。这5个零件经测量确定其基准值为3450、3480、3510、3540、3560克,而后这5个零件交由现场操作人员分别测量了12次（数据见附件），请进行线形分析并判定是否可接收？已知该产品重量的控制范围为3500+/-70克。,45,重复性和再现性分析,选择合适的样本,46,极差法分析,极差法是一种改良的计量型量具的研究，它可迅速提供一个测量变异的近似值，这种方法只能提供测量系统的整体概况而不能将变异分为重复性和再现性。它典型的用途是快速检查验证GRR是否发生了变化。这个方法有潜力探测不可接受的测量系统，对样本容量为5的只需通常时间的80，样本容量为10的需要90的时间。典型的极差方法用2个评价人和5个零件进行研究。在研究中，两个评价人各将每个零件测量一次。每个零件的极差是评价人A获得测量值和B获得测量值之间的绝对差值。计算极差的和与平均极差。通过将平均极差均值乘以1/d2*可以得到总测量变差。这里d2*在MSA手册附录C中可以找到，m=2，g=零件数。,47,案例：,48,现在测量系统的GRR已经确定，应该进行结果的解释。在表7中,GRR确定为75.7,结论是测量系统需要改进。,d2*,49,课堂练习：,工艺工程师在评价一个用来监控生产过程的新的测量系统：电子秤，工程师准备采用极差法评价测量系统的GRR，选择5个零件作为评价样本。选择了两位使用该量具的现场操作人员对这5个零件分别进行了一次测量（数据见附件），请进行GRR分析并判定是否可接收？已知该产品重量的控制范围为1170+/-20克，该产品的重量特性为特殊特性。,50,均值-极差法分析,均值极差法(Xbar&R)是一种可提供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重复性和再现性，而不是他们的交互作用。进行研究尽管评价人数量、试验次数和零件数是可变的，但我们下面的讨论反映了研究中条件的优化。参考GRR数据表。详细的程序是：1、获得一个样本零件数n大于5，应代表实际的或期望的过程变差范围；2、选择评价人为A，B，C等。零件的号码从1到n，评价人不能看到零件编号。,51,3、如果是正常测量系统的一部分，应校准量具。让评价人A以随机的顺序测量n个零件，将测量结果输入第一行（如使用MINITAB应输入“数据”栏）。4、让评价人B和C测量同样的n个零件，而且他们之间不能看到彼此的结果，输入数据到各评价人的第1行。5、用不同的随机测量顺序重复该循环。输入数据到各评价人的第2行，在适当的列记录数据，如果需要试验3次，重复循环并输入数据到第3行。6）当零件数量很大或同时多个零件不可同时获得时，测量步骤4，5可能改变如下是需要的：让评价人A测量第一个零件并记录读数。让评价人B测量第一个零件并记录读数。让评价人C测量第一个零件并记录读数。,52,让评价人A重复测量第一个零件并记录读数，让评价人B重复测量第一个零件并记录读数，让评价人C重复测量第一个零件并记录读数，如果试验需要进行3次，重复这个循环记录数据。7、如果评价人属于不同的班次，可以使用一个替代方法，让评价人A测量所有的10个零件并记录数据，然后评价人A以不同的顺序读数，记录结果于第2，3行，让评价人B，C同样做。依公式计算并作成控制图或直接用表计算即可。,53,%GR&R接受准则：A、%R&R30%不能接受，必须改进。,54,结果分析:,当重复性(EV)大于再现性(AV)时，原因可能是：仪器需要保养；量具应重新设计来提高刚度增强；量具的夹紧或零件定位的方式需要改进；存在过大的零件变差。当再现性(AV)大于重复性(EV)时：评价人员需要更好的培训如何使用量具及数据读取方式；量具刻度盘上的刻度不清楚；需要某些夹具协助评价人员来提高使用量具的一致性。,55,案例分析：,56,计算重复性：,57,58,计算再现性：计算操作人平均值的极差(RO)；估计的评价人标准差=RO/d2；乘以5.15；减去由于重复性所造成的部份。,59,60,计算零件间的变异：每次的值都是同一零件测三次，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)。,61,0,62,63,64,65,案例,操作者A,66,操作者B,67,操作者C,68,69,70,71,72,课堂练习：,工艺工程师在评价一个用来监控生产过程的新的测量系统：C195右后门检具，工程师准备采用均值-极差法评价测量系统测量1#参数时的GRR，选择5个零件作为评价样本。选择了3位使用该量具的现场操作人员对这5个零件分别进行了3次测量（数据见附件），请进行GRR分析并判定是否可接收？已知该产品1#参数的尺寸规格为6.0+/-0.5MM。,73,稳定性分析,进行研究1）取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。如果该样品不可获得，选择一个落在产品测量中程数据生产零件，指定其为稳定性分析的标准样本。对于追踪测量系统稳定性，不需要一个已知基准值。具备预期测量的最低值，最高值和中程数的标准样本是较理想的。建议对每个标准样本分别做测量与控制图。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。因素可以包括重新校准的频次、要求的修理，测量系统的使用频率，作业条件的好坏。应在不同的时间读数以代表测量系统的实际使用情况，以便说明在一天中预热、周围环境和其他因素发生的变化。3）将数据按时间顺序画在Xbar&