测量系统分析

1、郭夕锋郭夕锋测量系统分析的目的测量系统的基本概念简单计量性测量系统的研究方法简单计量性测量系统的研究方法简单计数型测量系统的研究方法MSA实际运行和应用实际运行和应用复杂测量系统-破坏性测量系统改进开发开发测量系统测量系统改进改进评估评估赋值赋值给具体事物以表示他们之间关于特定特性的关系赋值赋值过程定义为测量过程，所赋予的值称为测量值或测量结果决策决策数据数据测量测量正确的测量正确的测量 永远永远 是质量改进的第一步是质量改进的第一步正确的测量是作出决策的关键正确的测量是作出决策的关键( 不正确的不正确的测量系统可能会导致错误的决策测量系统可能会导致错误的决策)观测到的观测到的数据变异数据变异

2、测量变异测量变异产品变异产品变异l MSA研究的是：在测量过程中，由于测量系统本身的偏差的变动，而对测量结果造成的影响 l 分析测量系统对设定的目标、过程是否适用，是否有足够的能力l 确定测量系统是否可靠、其对产品质量的判别力Good is goodBad is badBad is bad不确定区不确定区不确定区不确定区下限上限不合格的零件有时被误判为“合格”好的零件有时被误判为“不合格”减少过程变差，没有零件产生在区。减少测量系统误差从而减小区域的面积，因而产生的所有零件将在区域，这样就可以最小限度的降低做出错误决定错误决定的风险。因素分析新的测量系统改进决定实验设计方案其他测量系统?分析数

3、据，确认质量问题决定优先解决的问题确定变异来源详细过程流图 & CQC跨职能的问题解决小组 测量系统分析过程能力分析能力是否充分?能力是否充分？全因子实验响应曲面模型 过程优化/改进确定过程控制的参数确定SPC的方法建立 OCAP搜集数据是是否连续质量连续质量改进中的改进中的测量系统测量系统分析分析 计数型数据：只能给出定性或计数的结果的检测数据计量型数据：可以用数字表达的质量特性数据 用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设环境和假设的集合。 用来获得测量结果的整个过程。被测对象（输入

4、）测量仪器参照标准测量方法测量者测量结果测量过程（输出）环境基准值/参考值人为规定的可接受值需要一个可操作的定义作为真值得替代 真值物品的实际值未知的和不可知的准确度与真值或可接受的参考值“接近”的程度包括了位置及宽度误差的影响精确度重复读数彼此之间的“接近度”测量系统随机误差分量偏差小但精确度差偏差小但精确度差 偏差大但精确度高偏差大但精确度高 偏差小且精确度高偏差小且精确度高= =准确准确观测到的过程波动观测到的过程波动实际过程波动实际过程波动测量波动测量波动长期波动长期波动短期波动短期波动偏倚偏倚重复性重复性稳定性稳定性线性度线性度在现性在现性仪器的波动仪器的波动 操作人员引起操作人员引

5、起的波动的波动 偏倚随时间变化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的总变差一个被测特性的多次测量值的平均值和基准值的差值测量系统的系统误差分量整个正常操作范围的偏倚改变整个操作规程范围的多个并且独立的偏倚误差的相互关系测量系统的系统误差分量由一位评价人多次使用一种测量仪器，测量同一零件的同一特性时获得的测量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-设备变差仪器（量具）的能力或潜能系统内变差由不同的评价人使用同一个量具，测量一个零件的一个特性时产生的测量平均值的变差。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- 评价人变差系统间（

6、条件）变差ASTM E456-96 包括重复性、实验室、环境及评价人影响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；依据使用的方法，可能包括或不包括时间影响 测量系统变差的短期评估，如：GRR 测量系统变差的长期评估（长期控制图法）重复性再现性灵敏度最小的输入产生可探测出的输出信号在测量特性变化时测量系统的响应由量具设计（分辨率）、固有质量（OEM）、使用中的维修及仪器和标准的操作条件确定总是以一个测量单位报告一致性重复性随时间的变化程度一个一致的测量过程是考虑到宽度（变异性）下的统计受控均一性整个正常操作范围重复性的变化程度重复性的一致性能长期获取读数的变异性以总变差为

7、基础不确定度关于测量值的数值估计范围，相信真值包括在此范围内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零方差零偏倚产品错误分类为零对于产品的控制，测量系统的变异性与公差相比必须小对于过程控制，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测量系统最大的（最坏）变差应小于过程变差和规范控制限两者中的最小者有效的分辨率足够的敏感度1：10测量系统必须稳定在重复状况下，测量系统变差仅有普通原因而不是由特殊原因造成的统计的特性（误差）要一直保持在期望的范围内；并且足以满足测量的目的（产品控制或过程控制）偏倚重复性再现性稳定性线性确定评价人数

8、量 评价人的选择应从日常操作该仪器的人中选出确定样品数量： 尺寸的关键性-关键尺寸需要更多的样品和/或实验 零件规格-大而重的零件可规定较少样品及较多实验样品选择取决于测量系统研究的设计 对于产品控制-符合/不符合产品特定规格 样品的选择无需覆盖整个规格范围 对于制程控制-过程稳定性，方向及自然变差的符合情况 样品必须从过程中选取并代表整个工作范围确定测量量具 分辨率应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分之一 设备读数应估计到可得到的最接近的数字确定实验方法： 使用盲测方法.测量应按随机顺序，以确保研究过程中产生的任何飘移或变化将随机分布。l确保测量方法在按规定的测量步骤测量特征尺寸l设备

9、读数应估计到可得到的最接近的数字l 每个测量者都应以使用同样的方法和步骤获取读数规定专人对测量系统分析的过程进行监督应该对结果进行评价，以确定该测量装置就其预期的应用是否可接受一个测量系统在任何附加的分析生效之前应该是稳定的偏倚和线性l测量系统的偏倚或线性的误差与零误差差别较明显或超出量具校准程序确立的最大允许误差，那么它是不可接受的l重新进行校准或偏差校正以尽可能地减少该误差RR%l 测量系统变差所掩盖点的生产制造过程变异性的百分比或零件公差的百分比l 对待定的测量系统最终的接受准则决于测量系统的环境和目的，而且应该取得顾客的同意l 误差低于10%-通常认为测量系统是可接受的l 误差在10%

10、-30%之间-基于应用的重要性、测量装置的成本、维修成本等方面的考虑，可能是可接受的l 超过30%-认为是不可接受的-应作出各种努力来改进测量系统取一个样本并建立相对于可朔源标准的基准值定期（天，周）测量标准样本3-5次，样本容量和频率应该基于对测量系统的了解将数据按时间顺序画在x&R或X&s控制图上结果分析： 建立控制限并用标准控制图分析评价失控或不稳定状态S Sa am mp pl le eS Sa am mp pl le e M Me ea an n2 52 32 11 91 71 51 31 1975314 9 . 64 9 . 24 8 . 84 8 . 44 8 .

11、 0_X = 4 8 . 4 7 2U C L = 4 9 . 1 0 3L C L = 4 7 . 8 4 1S Sa am mp pl le eS Sa am mp pl le e S St tD De ev v2 52 32 11 91 71 51 31 1975310 . 80 . 60 . 40 . 20 . 0_S = 0 . 3 2 2 8U C L = 0 . 8 2 8 9L C L = 01X Xb ba ar r- -S S C Ch ha ar rt t o of f C C1 选择g 5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。 用全尺寸检验测量每个零件

12、以确定其基准值并确认了包括量具的操作范围。 通常用这个仪器的操作者中的一个测量每个零件m 10次。实验次数：12 参考数量5参考值123452.004.006.008.0010.00试验 测量值12.705.105.807.609.1022.503.905.707.709.3032.404.205.907.809.5042.505.005.907.709.3052.703.806.007.809.4062.303.906.107.809.5072.503.906.007.809.5082.503.906.107.709.5092.403.906.407.809.60102.404.006.30

13、7.509.20112.604.106.007.609.30122.403.806.107.709.40平均值1086421.00.50.0-0.5-1.0参参考考值值偏偏倚倚0回归95% 置信区间数据平均偏倚偏倚线性1050百百分分比比常量0.736670.072520.000斜率-0.131670.010930.000自变量系数系数标准误P量具线性S0.23954R-Sq71.4%线性2.17732线性百分率13.2平均 -0.0533330.30.08920.4916673.00.00040.1250000.80.35460.0250000.20.6678-0.2916671.80.00

14、010-0.6166673.70.000参考偏倚%偏倚P量具偏倚量具名称: 研究日期: 报表人: 公差: 其他: 占占过过程程变变异异的的百百分分比比C C5 5 的的量量具具线线性性和和偏偏倚倚研研究究忽略零件内的变差（如圆度、锥度、平面度等）不仅是量具本身和相关的偏倚、重复性等，还包括被检查的零件变差以统计稳定为前提的方法： 平均值和级差法 方差分析法选择5-10件零件以用于测量系统分析选择2-3评价人评价人重复测量零件2-3次以随机顺序测量零件并记录测量结果确保评价人无法看到数字评价人不可看到互相的数值1.选择10件零件（1至10号）2.选择3名评价人（A，B，C）3.重复测量零件3次4

15、.指派记录员5.零件有记录员抽取，并记录测量结果，需确保评价人 无法看到工件编号 无法知道第几次测量 评价人不可看到互相的数值 6.评价人以随机方式测量零件7.在相应表格中记录观察的结果8.所有评价人重复步骤5-79.计算 EV AV PV TV %EV(与总变差比较） %AV（与总变差比较） %GRR（与总变差比较） %GRR（与公差比较） ndc（区分组别的数目部件间再现性重复量具 R&R100500百百 分分 比比% 贡献% 研究变异% 公差1.00.50.0样样 本本 极极 差差_R=0.342UCL=0.880LCL=0ABC20-2样样 本本 均均 值值_X =0.001U

16、CL=0.351LCL=-0.348ABC1098765432120-2部部 件件CBA20-2操操 作作 员员10 9 8 7 6 5 4 3 2 120-2部部 件件平平 均均ABC操作员量具名称: 研究日期: 报表人: 公差: 其他: 变变 异异 分分 量量R R 控控 制制 图图 （ 按按 操操 作作 员员 ）X X b b a a r r 控控 制制 图图 （ 按按 操操 作作 员员 ）测测 量量 部部 件件测测 量量 操操 作作 员员 操操 作作 员员 乘乘 部部 件件 交交 互互 作作 用用测测 量量 的的 量量 具具 R R & & R R ( ( 方方 差差

17、分分 析析 ) ) 研究变异研究变异 %研究变研究变 %公差公差来源来源 标准差标准差(SD) (6 * SD) 异异 (%SV) (SV/Toler)合计量具合计量具 R&R 0.30237 1.81423 27.86 22.68 重复性重复性 0.19993 1.19960 18.42 14.99 再现性再现性 0.22684 1.36103 20.90 17.01 操作员操作员 0.22684 1.36103 20.90 17.01部件间部件间 1.04233 6.25396 96.04 78.17合计变异合计变异 1.08530 6.51180 100.00 81.40可区分的

18、类别数可区分的类别数 = 4%10022PMSEMSER&R%=%10015. 5%/LSLUSLTPMSE-如果如果 P/T% 和和 R&R%两者的最大值满足两者的最大值满足： l 小于10%, 现行的测量系统可以接受l 10% 到 30%, 能力处于边界水平. 测量系统能否接受取决与测量的重要程度. 应努力改善测量系统的能力.l 大于30%, 测量系统能力不足，不宜使用 ndc l 覆盖预期的产品变差所用不重叠的95%置信区间的数量l ndc取整数，应该大于等于重复性比再现性大的原因l仪器需要维护l量具应重新设计来提高刚度l夹紧和检验点需要改进l存在过大的零件内变差再现性比

19、重复性大的原因l评价人需要更好的培训如何使用量具仪器和读数l量具刻度盘上的刻度不清楚l需要某种夹具帮组评价人提高使用量具的一致性通过选取50个零件来进行，然后两位评价人以一种能防止评价人偏倚的方式3次测量所有零件，选取的50个零件中，一些零件会少许低于或高于规范限值若所有测量结果（每个零件4次）一致则接受该量具，否则须改进量具或重新评价，若量具不能改进，该测量系统不被接受制定MSA计划控制计划测量系统改进汇总MSA结果,形成报告 收集MSA数据 评估NGOKMSA评估项l实际运行文件非重复的测量系统非重复的测量系统案例案例非破坏性测量系统非破坏性测量系统示例示例零件不为测量过程所改变；即测量系

20、统是非破坏性的并且用于如下零件（样本）： 静态特性，或 一直稳定的动态（变化）特性。l用于非初次使用的车辆/传动系的车辆测功机l用计量数据的泄漏试验该特性（性质）的保存寿命已知，并延续超过预期的研究时期，即，在预期的使用期间，被测特性不发生改变。从单一批量材料采样的质谱分析仪案例案例破坏性测量系统破坏性测量系统示例示例试验台l生产线终端发动机试验台变速器试验台车辆测功机l有定性数据的泄露试验l盐雾喷射/湿度间l重力计其它非重复的测量系统l自动化的不允许重复的在线测量系统l破坏性焊接试验l破坏性电镀试验测量测量变异变异稳定性变异性稳定性研究案例S1S2S3S4S5零件不为测量过程所改变；即测量系统是非破坏性的并且用于具有如下特性的零件（样本）： 静态特性，或 一直稳定的动态（变化）特性。该特性（性质）的保存寿命已知，并延续超过预期的研究时期，即，在预期的使用期间，被测特性不发生改变。破坏性测量系统非重复的测量系统试验台变异性研究案例V1V2V3V4V5V6V7V8V9零件不为测量过程所改变；即测量系统是非破坏性的并且用于具有如下特性的零件（样本）： 静态特性，或 一直稳定的动态（变化）特性。是有P2仪器的上述测量系统