汽车行业质量体系系列培训教材---msa测量系统分析（可编辑）

汽车行业质量体系系列培训教材MSA测量系统分析测量系统分析课程大纲测量系统分析的意义和目的测量系统分析的定义测量系统量具测量测量过程测量系统分析的基础知识1测量系统的统计特性偏倚重复性再现性稳定性线性分辨力2理想的测量系统3测量系统的共同特性4测量系统的评定步骤和准备计量型测量系统的分析方法1偏倚2稳定性3线性4重复性和再现性RR计数型测量系统的分析方法1小样法2大样法测量的重要性如果测量出现问题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因此要保证测量结果的准确性和可信度测量误差YX测量值真值TRUEVALUE测量误差测量误差的来源NDISCRIMINATION分辨能力NPRECISION精密度REPEATABILITY重复性NACCURACY准确度BIAS偏差NDAMAGE损坏NDIFFERENCESAMONGINSTRUMENTSANDFIXTURES不同仪器和夹具间的差异NDIFFERENCEINUSEBYINSPECTOR不同使用人员的差异REPRODUCIBILITY再现性NDIFFERENCESAMONGMETHODSOFUSE使用不同的方法所造成差异NDIFFERENCESDUETOENVIRONMENT不同环境所造成的差异测量的变异说明为什么要进行测量系统分析即使量具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从而确定测量系统的质量以满足测量的需要满足QS9000ISOTS16949标准的要求ISOTS16949200COM为分析出现在各种测量和试验设备系统测量结果的变差必须进行适当的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测量系统分析的目的运用统计分析方法确定测量系统测量结果的变差测量误差了解变差的来源从而确定一个测量系统的质量并且为测量系统的改进提供信息保证所用统计分析方法及判定准则的一致性测量系统的基本知识和概念术语测量系统及其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测量系统的共同特性测量系统的评定步骤和准备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量特性赋值的操作程序量具设备软件以及操作人员的集合测量系统的组成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NDISCRIMINATION分辨力ABILITYTOTELLTHINGSAPARTNBIAS偏倚NREPEATABILITY重复性NREPRODUCIBILITY再现性NLINEARITY线性NSTABILITY稳定性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6标准偏差的十分之一偏倚BIAS重复性REPEATABILITY再现性REPRODUCIBILITY稳定性STABILITY线性LINEARITY线性LINEARITY测量系统的分析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位置和宽度理想的测量系统N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IDEALMEASUREMENTSYSTEM测量系统所应具有的特性测量系统必须处于统计控制中这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的这可称为统计稳定性测量系统的变异必须比制造过程的变异小变异应小于公差带测量精密应高于过程变差和公差带两者中精度较高者一般来说测量精度是过程变异和公差带两者中精度较高者的十分之一测量系统统计特性可能随被被测项目的改变而变化若真的如此则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者测量系统的评定第一阶段明白该测量过程并确定该测量系统是否满足我们的需要主要有二个目的1确定该测量系统是否具有所需要的统计特性此项必须在使用前进行2发现那种环境因素对测量系统显著的影响例如温度湿度等以决定其使用的环境要求第二阶段目的是在验证一个测量系统一旦被认为是可行的应持续具有恰当的统计特性常见的量具RR分析是其中的一种试验型式计量型测量系统研究指南确定稳定性的指南进行研究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XBARR或XBARS控制图上结果分析作图法4建立控制限并用标准控制图分析评价失控或不稳定状态结果分析数据法除了正态控制图分析法对稳定性没有特别的数据分析或指数如果测量过程是稳定的数据可以用于确定测量系统的偏倚同样测量的标准偏差可以用作测量系统重复性的近似值这可以与生产过程的标准偏差进行比较以决定测量系统的重复性是否适于应用可能需要实验设计或其他分析解决问题的技术以确定测量系统稳定性不足的主要原因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生产工艺中程数附近选择了一个零件这个零件被送到测量实验室确定基准值为601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以后XBARR图就可以做出来了见图示控制图分析显示测量过程是稳定的因为没有出现明显可见的特殊原因影响确定偏倚指南独立样本法进行研究1获取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值如果得不到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在工具室测量这个零件N10次并计算这N个读数的均值把均值作为基准值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是理想的完成此步后用线性研究分析数据2让一个评价人以通常方法测量样本10次以上结果分析作图法3相对于基准值将数据画出直方图评审直方图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N30时的解释或分析应当特别谨慎结果分析数据法4计算N个读数的均值5计算可重复性标准偏差参考量具研究极差法如下这里D2可以从附录C中查到G1MN如果GRR研究可用且有效重复性标准偏差计算应该以研究结果为基础6确定偏倚的T统计量偏倚观测测量平均值基准值7如果0落在围绕偏倚值1置信区间以内偏倚在水平是可接受的这里D2D2和V可以在可以从附录C中查到G1MN在标准T中可查到所取的水平依赖于敏感度水平而敏感度水平被用来评价控制该生产过程的并且与产品生产过程的损失函数敏感度曲线有关如果水平不是用默认值0595置信度则必须得到顾客的同意举例偏倚一个制造工程师在评价一个用来监控生产过程的新的测量系统测量装置分析表明没有线性问题所以工程师只评价了测量系统偏倚在已记录过程变差基础上从测量系统操作范围内选择一个零件这个零件经全尺寸检验测量以确定其基准值而后这个零件由领班测量15次表2偏倚研究数据基准值60偏倚158022570335901459015600066101760008610196404106303116000126101136202145604156000用电子表格和统计软件可获得直方图和数据分析见图10和表3表3偏倚研究偏倚研究分析因为0落在偏倚置信区间0118501319内工程师可以假设测量偏倚是可以接受的同时假定实际使用不会导致附加变差源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说明书等确定线性指南进行研究线性按以下指南评价1选择G5个零件由于过程变差这些零件测量值覆盖量具的操作范围2用全尺寸检验测量每个零件以确定其基准值并确认了包括量具的操作范围3通常用这个仪器的操作者中的一人测量每个零件M10次随机的选择零件以使评价人对测量偏倚的记忆最小化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计算偏倚偏倚观测平均值基准值过程变差6画图X轴基准值Y轴偏倚其方程式为YBAX再分别计算其截距斜率拟合度线性线性等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这些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CASESTUDY确定重复性和再现性的指南分析方法有极差法均值极差法方差分析ANOVA极差法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1D2可以得到总测量变差这里D2在附录C中可以找到M2G零件数示例计算为了确定测量变差占过程标准偏差的百分比通过将GRR乘以100除以过程标准偏差将其转换为百分比在例子见表7中这个特性的过程标准偏差是00777因而GRR100GRR过程标准偏差757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757结论是测量系统需要改进均值极差法均值极差法XBARR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表12GRR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ABC等零件的号码从1到N评价人不能看到零件编号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第6行和11行5用不同的随机测量顺序重复该循环输入数据到第2712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3813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45可能改变如下是需要的让评价人A测量第一个零件并在第1行记录读数让评价人B测量第一个零件并在第6行记录读数让评价人C测量第一个零件并在第11行记录读数让评价人A重复测量第一个零件并记录读数于第2行让评价人B重复测量第一个零件并记录读数于第7行让评价人C重复测量第一个零件并记录读数于第12行如果试验需要进行3次重复这个循环将数据记录在第3813行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个零件输入数据于第1行然后评价人A以不同的顺序读数记录结果于第23行让评价人BC同样做依公式计算并作成控制图或直接用表计算即可RR接受准则ARR10可接受B10RR30通知由工程部门或APQP小组依据量具的重要性成本及维修费用决定是否接受CRR30不能接受必须改进结果分析当重复性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重复性示例第一步计算重复性第二步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ROD2乘以515减去由于重复性所造成的部份第三步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控制图系数表CASESTUDY方差分析法ANOVA方差分析法中变差分为4类零件评价人量具零件与评价人的交互作用优点与均值极差法相比1适用于任何试验调试2更精确地估计方差3可以从试验数据中分离出更多的信息缺点计算复杂需借助计算软件对分析人员要求高计数型测量系统研究计数型量具就是把各个零件与某些指定限值相比较如果满足限件则接受该零件否则拒收计数型量具只能指示该零件被接受或拒收计数型测量系统的分析方法有小样法大样法小样法分析选取二十个零件来进行其中应有一些零件稍许高或低于规范限值选取二位评价人员以一种能防止评价人偏倚的方式两次测量所有零件所有的测量结果每个零件测四次必须一致则接受该量具否则应改进或重新评价或找到一个可接受的替代测量系统大样法分析对于某计数型量具用量具特性曲线的概念来进行量具研究GPC是用于评价量具的重复性和偏倚这种量具研究可用于单限值和双限值量具对于双限值量具假定误差是线性一致的只需检查一个限值一般地计数型量具研究包括获得多个被选零件的基准值这些零件经过多次M评价连同接受总次数A逐个零件地记录从这些结果就能做估计重复性和偏倚分析步骤选取零件最根本的是已知研究中所用零件的基准值应尽可能按实际情况等间隔选取八个零件其最大和最小值应代表该过程范围八个零件必须用量具测量M20并记录接受的次数A对于整个研究最小的零件必须A0最大的零件A20记录接受的次数A其余1A19如果不满足这些准则必须用量具测量更多的已知其基准值的零件X如果不满足上述零件这些点可选在量具研究已测量的零件测量中间点一直重复以上直到满足上述要求计算结果21922130216021772173再平均21922133215721732183操作者B平均21832127216321802163操作者A平均零件E零件D零件C零件B零件A347234073336325831733078290728472704253423262059169311281534834233532731830829828527125423420717111515348342335327318308298285271254234207171115143483423353273183092982852712552342071711151334834233532731830929828627225523420717111512348341335327318309298286272255234208171116113483423353273183092982862722552342081721161034834233532731830929828627225523420817211693483423353273193092982872722552352081721178348342335327319310299287272255235209173117734934233532731931029928727325623520917311863493423353273193102992872732562362101741195350343336328320310300288274257237211175121435034333732932131130128927525823821217712333513453383303223133022912772602402151811282355349342335327318308296283267248224191141115141312111098765432组数样本数D216520348022315167103290235141692030802491317160284026612174402560285111777022303081018160184033791864013603738192400760419720040048362115005775228200729425750102333267018802D4D3A2子组内样本数07006010100100908008580950957100100604505550950854080085310010020600651READING2READING1PART操作者ACASESTUDY05005510095100907007580900957105100604004050750804075080309510520550551READING2READING1PART操作者BCASESTUDY08008510105105908008080950957105100605004550800804080080310010520550501READING2READING1PART操作者CANOVAMETHODANOVAMETHODANOVAMETHODANOVAMETHODANOVAMETHOD基准值测量系统的平均值偏倚测量值05813225146006715测量值均值的标准偏差B标准偏差R均值XNM131911185006722061081153测量值高值低值95偏倚置信区间偏倚显著T值2尾DFT统计量基准值60005G1D2335公式949392969595959493959391R101010101010101010101010M555555555555P777675787778787877787776R888888888888M444444444444P616338422421606341422621636340422421646339422421616339422521606339422521616339422321606338422721596350422521596342422421576339422521586351422721RMPRMPRMP取样的代表性不具代表性的取法具代表性的取法01006005050100550454005095100300507007520050800851极差AB评价人B评价人A零件号216921630220022022022042183220219216零件E4213321221221622127212212214零件D121572162152161216321621621