测量系统分析

1、1,测量系统分析Measuring System Analysis,2,课程大纲,测量和测量系统基本概念 PLANNING OF MEASUREMENT DEVISES(CE MATRIX) FMEA OF MEASUREMENT DEVICES 测量系统的特性 测量系统分析的基本概念 计量型仪器的测量系统分析 计数型测量仪器的测量系统分析 CHAPERT 4,3,测量系统分析Measuring System Analysis,第一部分：测量和测量系统的基本概念,4,基本概念,MSA手册历史: 1990年10月 第一版 1995年2月 第二版 2002年3月 第三版,5,基本概念,产品质量部分

2、取决于过程质量 过程质量取决于控制过程的能力 控制过程的能力取决于测量过程的能力 测量过程的能力取决于测量系统的质量,6,基本概念,量具/测量仪器/测量和监控设备(Gage/Measurement Instrument/Measurement (二)不可以有连续三点中有二点在A区或A区以外之位置; (三)不可以有连续五点中有四点在B区或B区以外之位置; (四)不可有连续七点在控制图之同一侧; (五)不可以有连续七点持续上升或下降之情形； 如果有以上之情形，代表仪器已不稳定，须做维修或调整，维修及调整完后须再做校正以及稳定性之分析 。,稳定性分析之执行:,61,举例： 为了确定一个新的测量装置稳

3、定性是否可以接受，工艺小组在生产过程的中程数附近选择了一个零件（这个零件在实验室中测量，并确定其基准值为6.01）。小组每班测量这个零件5次，共测量4周（20组），收集所有数据后，X bar-R图就可以做出来了（如下图） 控制图显示，测量过程是稳定的，因此没有出现特殊原因的影响。 还可进一步计算偏倚和标准差，以进行比较、判断。,稳定性分析之执行:,62,举例：,稳定性分析之执行:,63,计量型测量系统分析,计量型量测系统分析 偏倚分析： 独立样本法 控制图法,64,偏倚分析之执行:,独立取样法: 进行研究 选取一个样品, 并建立可追溯标准之真值或参考值, 若不能得到这样的参考值的样本，则可从生

4、产线中取一个落在中心值域的零件, 并把它当成偏倚分析的基准件（ 且应针对预期测试的高、中、低端各取得样本或标准件）。 对每个样本或标准件在高精度的实验室量测 n 10 次, 计算其平均值, 将其当成 “参考值”。 由一位作业者（评价人）以常规方式对每个样本或标准件量测n 10 次. 并计算出平均值, 此值为 “观测平均值”.,65,偏倚分析之执行:,独立取样法: 结果分析图示法 画出这些数据相对于参考值的直方图。运用你对测量的专业知识审查此直方图，从而确定是否存在特殊原因或异常点。 当n 30 时，要特别注意。,66,偏倚分析之执行:,独立取样法: 结果分析数值法 计算n 个读数值的平均值，

5、计算重复性标准差 其中， 是常数，与子组容量有关，可从附录C中查的，取g=1, m=n 当 n 20 时，可使用另外公式。 若已获得GRR研究结果（且有效），重复性标准差应取自该项研究结果。,67,(g),(m),d2,68,偏倚分析之执行:,独立取样法: MSA第二版评价/判定： 计算偏倚: 偏倚=观测平均值 参考值 制程变差= 6 %偏倚=偏倚/制程变差 判定:针对偏倚之部份，判定之原则为： 重要特性部份其 偏倚%10%； 一般特性其 偏倚%30%者，此项仪器不适用。,69,偏倚分析之执行:,独立取样法: MSA第三版评价/判定： 计算偏倚的 t 统计量: 偏倚=观测平均值 参考值; 判定

6、: 如果 0 落在偏倚值附近的 1- 置信区间以内，则偏倚在 水平时刻接受的。 d2 ，d*2和 v可在刚才的附录C中查到，g=1, m=n , t v,1-a/2 在标准 t 表中可查到； 如果 a 不取（缺省值）0.05（95%置信区间），应得到客户同意。,70,偏倚分析之执行:,独立取样法: 举例：一个制造工程师在评价一个用来监视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，所以工程师只评价测量系统的偏倚。 选择一个零件； 经全尺寸检验（高精度仪器检验）确定其基准值为：6.0 ； 由现场工程师对该零件测量15次，数据如下；,71,偏倚分析之执行:,独立取样法:,基准值=6.0 偏

7、倚 1 5.8 -0.2 2 5.7 -0.3 3 5.9 -0.1 4 5.9 -0.1 5 6.0 0.0 6 6.1 0.1 7 6.0 0.0 8 6.1 0.1 9 6.4 0.4 10 6.3 0.3 11 6.0 0.0 12 6.1 0.1 13 6.2 0.2 14 5.6 -0.4 15 6.0 0.0,运用软件计算， 并画出直方图如下：,72,偏倚分析之执行:,独立取样法: 举例： 因为0落在偏倚置信区间（-0.1185，0.1319）内，则结论测量偏倚是可以接受的。,73,偏倚分析之执行:,控制图法: 进行研究 若用均值-极差图或均值-标准差图用于测量稳定性时，这些数据

8、也可用来评价偏倚。但应注意：评价偏倚之前，控制图分析应该只是测量系统是稳定的。 用控制图的均值 代替平均值，标准差来计算标准差，其余与独立样本法一样处理。,74,计量型测量系统分析,计量型量测系统分析 线性分析,75,线性分析之执行,独立取样法: 针对产品所须使用之范围，利用标准件或产品样本(一般区分为五个等分，其范围须包括产品之规格公差之范围,即选择g 5个零件)来做仪器之线性分析。 如果是采用标准件须有其正确值，如果是使用产品样本时，则这些的产品样本须先经全尺寸检验测量每个零件的基准值，以此当做是真值或参考值。 由一位作业者以常规方式对每个样本或标准件量测10次（m 10）. 并计算出平均

9、值, 此值为 “观测平均值”.,76,线性分析之执行,MSA 第二版 做法： 计算误差(偏倚): 误差(偏倚) = 观测平均值 参考值 制程变异= 6 绘图: X轴=参考值 Y轴= 误差 其方程式為: y=ax+b 再分別计算其 截距，斜率，拟合度，线性，线性%等,77,线性分析之执行,计算公式如下：,78,线性分析之执行,判定: 针对重要特性其线性度%10%以上者判为不合格，此项之仪器不适合使用。,79,线性分析之执行,MSA 第三版 做法： 计算每次测量的零件的偏倚及零件偏倚的平均值 第i个零件的第j次测量的偏倚: 第I个零件的偏倚的平均值：,偏倚i,j =x i,j-（参考值）i,80,

10、线性分析之执行,MSA 第三版 做法： 绘图（在线性图上画出单值偏倚和相关基准值的平均值，见下图）: X轴=参考值/基准值，Y轴= 偏倚,-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,0,1,Bias=0,回归直线,Bias,95%a,Bias Average,*, , , , , ,*,*,*,*, ,*,81,线性分析之执行,MSA 第三版 做法： 计算并画出最佳拟合线及置信区域线： 拟合直线 yi = axi + b 对于给定的x0，水平置信区间是：,s,=,gm2,yi2,byi,bxiyi,82,线性分析之执行,MSA 第三版 做法： 计算并画出最佳拟合线及置信区域线： 画出 0 偏倚

11、线，评审该图指出特殊原因和线性的可接受性；其条件为：0 偏倚线，必须完全在拟合直线置信区间内。,83,线性分析之执行,MSA 第三版 做法： 结果分析-数据分析 如果图形分析显示测量系统的线性是可接受的，则下面的假设应为真： H0：a=0 斜率=0,84,线性分析之执行,MSA 第三版 做法： 结果分析-数据分析 如果上述假设成立，说明测量系统对所有的参考值的偏倚都相同。为使线性可接受，则偏倚必须为零。 H0：b=0 截距（偏倚）=0,如果，,85,线性分析之执行:,举例： 一个制造工程师在评价一个用来监视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，所以工程师只评价测量系统的偏倚。

12、选择一个零件； 经全尺寸检验（高精度仪器检验）确定其基准值为：6.0 ； 由现场工程师对该零件测量15次，数据如下；,86,计量型测量系统分析,计量型量测系统分析 重复性和再现性分析（GRR） 极差法 *均值极差法 方差分析法（ANOVA）,87,重复性和再现性(R 如: 制程中所需量具读数的精确度是0.01m/m, 则量测应选择精确度为0.001m/m), 以避免量具的鉴别力不足，一般之特性者所使用量具的精确度应是被量测物品公差的1/5。 试验完后, 测试人员将量具的再生性及再现性数据进行计算如附件一(R&R数据表), 附件二(R&R分析报告), 依公式计算并作成-R管制图或直接用表计算即可

13、 。,89,结果分析: 当重复性(EV)变异值大于再现性(AV)时： 量具的结构需在设计增强. 量具的夹紧或零件定位的方式需加以改善. 量具应加以保养. 当再现性(AV)变异值大于重复性(EV)时 作业员对量具的操作方法及数据读取方式应加强教育, 作业标准应再明确订定或修订. 可能需要某些夹具协助操作员, 使其更具一致性的使用量具. 量具与夹治具校验频率于入厂及送修矫正后须再做量测系统分析, 并作记录.,重复性和再现性(R&R)分析,90,EV, AV及R&R之接受标准如下: 数值30%，测量系统不能接受, 须予以改进. 必要时更换量具或对量具重新进行调整, 并对以前所量测的库存品再抽查检验,

14、 如发现库存品已超出规格应立即追踪出货通知客户, 协调处理对策.,重复性和再现性(R&R)分析,91,重复性和再现性(R&R)分析实例,量具重复性与再现性之资料搜集 : 将作业者分为A、B、C三人，零件10个，但作业者无法看到零件号. 准备所需之量测量具。 使作业者A依随顺序量测10个零件并由另一观者在第1行填入量测数据，请作业者B、C量测相同的10个零件，但不使他们看到他人的量测值，将量测分别记入第6行及第11行。（表1） 重复这个循环但以不同的随机顺序进行量测。将数据填入第2、7及12行之适当列中。例如第一个被量测为7号零件，则在第7例中记录量测值，如须第三次量测，则重复此循环并将结果记入

15、第3、8及13中。(表1),92,重复性和再现性(R&R)分析实例,量具重复性与再现性之計算 ： 将第1、2及3行的最大数值减最小数值，将结果记录在第5行，第6、7、8行及第11、12、13行的作法相同，而将其结果分别记录入第10行及第15行（表1）。 第5、10行及15行之记录应为正值（表1）。 将第5行加总并除以量测零件数，则得第一位作业者的平均全，以相同方法从第10及第15行求得及（表1）。,93,重复性和再现性(R&R)分析实例,量具重复性与再现性之計算 ： 将第5、10第15行的均值填入第17行，将其加总后除以作业者人数而得的数值记（所有全距的平均值）（表1）。 将（平均值）填入第1

16、9、20行并乘以D3及D4求下及上的管制界限，如为二次量测D3 = 0，D4 = 3.27。将个别全距的上管制界限（UCLR）的值记入第19行，下管制界限（LCLR）的值填入第20行如量测次数少于7则为零（表1）。,94,重复性和再现性(R&R)分析实例,量具重复性与再现性之計算 ： 将各行加总（第1、2、3、6、7、8、11、12及13行），将各行的总和除以取样零件数，将此值记录在最右边一列标示为平均值处（表1）。 将1、2、3行的平均值加总，并除以量测次数，将其值记录在第4行方格处，以相同方式处理6、7、8行及11、12、13行而将其值分别记入第9、14行的 及 处。,95,重复性和再现性

17、(R&R)分析实例,量具再現性與再生性之計算 ：,96,见EXCEL文件,重复性和再现性(R&R)分析实例,97,测量系统分析Measuring System Analysis,第五部分：计数型测量系统分析,98,何谓计数型量具,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。 与计量型量具不同，计数型量具不能指示一个零件的具体数值（即有多么好或多么坏），它只能指示该零件被接受或拒收。,99,小样法之做法（MSA-2nd）,先选取二十个零件来进行。 选取二位评价人以一种能防止评价人偏倚的方式两次测量所有零件。 在选取二十个零件时，必须有一些零件稍许高或低于规范限值。 所有的测量结果(每个零件测四次)一致则接受该量具，否则应改进或重新评价，或找到一个可接受之替代测量系统。,100,典型的用于计数型量具研究的小样法的表格 橡胶软管内径GO/NO GO塞规,101,计数型测量系统分析（MSA-3rd）,风险分析法 *假设检