MSA量测系统分析课件

1、MSA量测系统分析MSA量测系统分析连续型量测系统研究连续型量测系统模拟练习3为什么要考虑量测系统的变异124课程大纲Gage R&R实例分析2-1 变异来源与构成2-2 变异影响因素理解2连续型量测系统研究连续型量测系统模拟练习3为什么要考虑量测系何谓量测系统？何谓“量测”？以确定实体或系统的量值大小为目标的一整套作业。即给具体事物（实体或系统）赋值的过程。操作者-人量具和必要的设备和软件-机实体或系统-料操作方法-法测量环境-环测量过程测量结果输入输出过程何谓“量测系统”？由人、量具、测量方法、测量对象构成的过程的整体.测量系统3何谓量测系统？何谓“量测”？操作者-人量具和必要的设备为什么

2、要考虑量测系统的变异？量测的目的：查证产品/过程是否与规格一致帮助进行持续的改进行动如果称量来自生产线上的不同部件，所出现的差异是由测量系统变异导致的还是由部件本身的实际差异导致的？只是量测单一的产品或过程时，量测系统是唯一变异来源。例：您有一个刚好为 5.00 克的已知标准。经过多次称重后获得了以下读数：5.01 克、4.99 克、4.97 克、5.03 克 和 5.01 克这些测量值之间的差异是由测量系统变异造成的。4为什么要考虑量测系统的变异？量测的目的：4量测系统分析的重要性执行量测系统管理的重要性当变异的主要来源是量测系统时，直接去改进制程可能会浪费许多不必要的资源；在进行制程改进工

3、作以前，必须先确认量测系统。何谓“量测系统分析”？是指用统计学的方法了解量测系统中的各个波动源,以及他们对测量结果的影响,最后给出量测系统是否合乎使用要求的明确判断。5量测系统分析的重要性执行量测系统管理的重要性何谓“量测系统分量测系统的分类连续型数据属性型数据计量型量测系统计数型量测系统控制图或ANOVA(方差分析法）信号检测、假设检验、Kappa 分析 6量测系统的分类连续型数据属性型数据计量型量测系统计数型量测系连续性量测系统研究_大纲变异来源分析量测系统变异影响因素偏性、线性、稳定性、识别力、 重复性、再现性Minitab Gage R&R的运用7连续性量测系统研究_大纲变异来源分析7

4、测量值的组成测量值 = 真值 + 测量误差8测量值的组成测量值 = 真值 + 测量误差8连续性量测系统误差的构成观测到的变异量测系统的变异操作者的变异样本的变异量具的变异偏倚重复性再现性过程的变异短期过程变异长期过程变异稳定性线性分辨力9连续性量测系统误差的构成观测到的变异量测系统的变异操作者的变变异的影响量测系统变异对数据分布状况的影响表现在：分布中心的位移分辨力(Discrimination)偏倚(Bias)线性(Linearity)稳定性(Stability)宽度或散布度重复性(Repeatability)(Equipment Variation, EV) 再现性(Reproducibi

5、lity)(Appraiser Variation, AV)10变异的影响量测系统变异对数据分布状况的影响表现在：10分辨力(Discrimination）是测量系统识别并反映被测量特性值最小变化的能力. 分辨力不够高，就无法正确识别过程的波动。方法一：测量结果的最小间距即为仪器的分辨力差的识别力好的识别力11分辨力(Discrimination）是测量系统识别并反映被分辨力(Discrimination）分辨力一般要小于规格容差(USL-LSL)或者过程总变异 (6sigma)的1/10。数据组数ndc5则分辨力足够。如果分辨力不足则仪器不能适当地鉴别过程变异。P-测量对象波动的标准差 ms

6、-测量系统波动的标准差方法二：用数据组数(ndc)衡量分辨力12分辨力(Discrimination）分辨力一般要小于规格容分辨力(Discrimination）0.060.050.040.030.020.010.00UCL=0.06017LCL=0R=0.0233801020樣本极差515（1）最小测量单位为0.001cm时的极差控制图UCL=0.05792LCL=0樣本极差0.060.050.040.030.020.010.00R=0.022501020515（2）最小测量单位为0.02cm时的极差控制图分辨力不足分辨力不足时：13分辨力(Discrimination）0.06UCL=0.

7、0偏倚Bias_衡量量具准确度偏倚是量测系统测量平均值与标准值的差异. 标准值是由公认的更为精密的用于校准的标准仪器量测所得. 14偏倚Bias_衡量量具准确度偏倚是量测系统测量平均值与标准值偏倚分析測量次數參考值=16.00量測值偏倚115.8-0.2215.7-0.3315.9-0.1415.9-0.1516.00.0616.10.1716.00.0816.10.1916.40.41016.30.31116.00.01216.10.11316.20.21415.6-0.41516.00.0在量测系统范围内选取一个样本，对该样本量测1015次，取得相关量测数据。同时利用更高级量测仪器取得该样

8、本之参考值。通过假设检验来判断偏倚是否显著。15偏倚分析測量次數參考值=16.00量測值偏倚11利用 1-Sample t，以BIAS与“0”作假设检验H0原假设：偏倚=0偏倚分析Minitab : 统计 基本统计量单样本 t 16利用 1-Sample t，以BIAS与“0”作假设检验H0单样本 T: C7 mu = 0 与 0 的检验 平均值变量 N 平均值 标准差 标准误 95% 置信区间 T P C7 15 0.0067 0.2120 0.0547 (-0.1107, 0.1241) 0.12 0.905由于bias=0落在信赖区间内，且P0.05,故接受原假设。因此，认为此量具Bia

9、s=0。偏倚分析17单样本 T: C7 由于bias=0落在信赖区间内，且P0潜在的偏倚问题测量平均值与实际值存在固定的偏倚. 对偏倚的影响包括: 操作员的偏移 不同的操作员对同一个量测对象会产生不同的量测值, 仪器偏差不同的仪器对同一个量测对象会产生不同的量测值, 以及 其他 如时间推移 (环境改变), 不同的固定装置, 不同的客户和供应商（地点）.18潜在的偏倚问题测量平均值与实际值存在固定的偏倚. 对偏倚的线性（ Linearity ）线性是测量仪器在全部量程内各个点与真实值的偏倚之间的差异. 好的量测系统应该在量程的任何一处偏倚都很小一般来说，量程低的地方偏倚小，量程高的地方偏倚大线性

10、就是要求这些偏倚与真值呈线性关系一般用散点图或线性回归模型来衡量回归方程式 Y = a + bX回归方程式的斜率小偏倚接近0，即Y=0包含在回归直线的信赖区间内怎样才是好的线性？19线性（ Linearity ）线性是测量仪器在全部量程内各个线性分析选取45个代表制程的样本（需由更高仪器测试得参考值），由相同人员量测1015次并记录数据，通过MINITAB运算判断该量测系统线性是否合适。Minitab : 统计 质量工具 量具研究 量具线性与偏倚研究次數24681011.84.15.98.110.222.13.967.99.931.73.86.17.810.141.9568.310.351.8

11、3.76.28.210624.16.18.110.272.145.97.810.182.13.86.17.99.991.93.95.989.1101.84.268.210.21124.15.98.310.3122.13.86.17.91020线性分析选取45个代表制程的样本（需由更高仪器测试得参考值y=0y=0 包含于回归线的信赖区间内各量程偏倚的P值均0.05，故没有显著的偏倚线性分析21y=0y=0 包含于回归线的信赖区间内各量程偏倚的P值均0线性与偏倚研究的各种图形说明22线性与偏倚研究的各种图形说明22稳定性(Stability)稳定性指量测系统的偏倚量随时间保持恒定的能力。如果不同时

12、间偏倚量的波动较小，并在控制内，则认为量测系统是稳定的。在量测系统稳定的前提下，我们希望偏倚量稳定在较小的水平上。时间基准值23稳定性(Stability)稳定性指量测系统的偏倚量随时间保UCL=1.010LCL=00.47791.00.50.0樣本全距6.36.26.16.05.95.85.7UCL=6.267LCL=5.7466.02101020樣本平均稳定性(Stability) 于量测系统范围内选取一样本作为标准件，定期（每周、每月等）由相同人员进行量测，每次量测35次并记录数据做Xbar-R或Xbar-S管制图，通过判图以了解该量测系统是否稳定。24UCL=1.010LCL=00.4

13、7791.0樣本全距6.3重复性（Repeatability）_仪器的精密度由同一个操作员使用相同的仪器对同一个样品的同一个特性，多次测量所得到的测量值之间的变异。是量测仪器固有波动所引起的变异。Equipment Variation ，EV 25重复性（Repeatability）_仪器的精密度由同一个再现性(Reproducibility)_操作员的精密度由不同的操作员使用相同的仪器对同一个样品的同一个特性，多次测量所得到的测量平均值之间的变异.是量测员之间波动所引起的变异。Appraiser Variation, AV26再现性(Reproducibility)_操作员的精密度由请对号入

14、座时间基准值27请对号入座时间基准值27Gage R&R（GRR）标准Gage R&R是结合重复性（EV）和再现性（AV）变异的估计值，公式%变异或%公差为10%以上时，首先区分评价重复性和再现性后，查明各个受影响的原因，并采取措施。=+EVAV区分%贡献率%变异或%公差分辨率良好1%10费用/考虑重要性1-10%10-30%5-9不可使用10%30%15如果操作员对该样品没有测试经验，应如下选择重复测试次数：如S*O4，Trails 测试次数=6如S*O5，Trials 测试次数=5如S*O8，Trials 测试次数=4如S*O 质量工具 量具研究 量具R&R研究 (交叉)输入产品的规格界限

15、34G R&R分析实例方差分析法考虑显著的标准差倍数设为6，Mi设备的固有波动-重复性仪器变异是否够小观察交互作用比较人员变异比较样本变异%R&R图形化GRR分析-六合图分析35设备的固有波动-重复性仪器变异是否够小观察交互作用比较人员%R&R图形化通过图形定性描述各种变异占总变异的%量测系统的总变异中的重复性+再现性量具的组内变异或每个操作员的组内变异操作员之间或操作员对产品的变异=+EVAV还记得公式吗？36%R&R图形化通过图形定性描述各种变异占总变异的%量测系统的极差控制图，单个点表示同一操作员对同一产品测量3次，所获得量测值的极差-即重复性。点子在控制界限内，说明仪器的固有波动在控制

16、内。任何超出管制界限的点都需要调查。量测系统分析37极差控制图，单个点表示同一操作员对同一产品测量3次，所获得量量测系统分析两组数据趋势可以判定：每个操作员测试同一个产品时是否有显著的差异。大多数的点位于管制界限以外，因为管制界限是由量具的变异所定，而这些点代表产品之间和量测系统的总变异所以此图意味着量具的变异远小于产品测试值的总变异。如果选用的样本不能覆盖过程的总变异, 量具的变异将会大于产品的变异，则该量测系统能力不足. 如果不同操作员在图中的推移形式不一致，则一定存在显著的操作员对产品的交互作用。38量测系统分析两组数据趋势可以判定：每个操作员测试同一个产品时量测系统分析：仪器误差39量

17、测系统分析：仪器误差39样品、操作员相关图形这个图显示了全部操作员测试10个产品的测量值。按样本区分测量值且标示了这些测量值的平均值。样品的变异与上图类似，只是按操作员区分测量值，并标示平均值。此图用以协助鉴别操作员的问题（倾向性）操作员的变异此图显示每个操作员对所有产品多次量测的平均值。用于发现操作员与产品的交互作用。操作员与样品交互作用40样品、操作员相关图形这个图显示了全部操作员测试10个产品的测GRR分析-数据输出表来源 方差分量 贡献率合计量具 R&R 0.0000003 0.44 重复性 0.0000001 0.11 再现性 0.0000003 0.33 Operator 0.00

18、00000 0.01 Operator*Sample 0.0000003 0.32部件间 0.0000787 99.56合计变异 0.0000790 100.00过程公差 = 0.2 研究变异 %研究变 %公差来源 标准差(SD) (6 * SD) 异 (%SV) (SV/Toler)合计量具 R&R 0.0005904 0.0035423 6.64 1.77 重复性 0.0002944 0.0017664 3.31 0.88 再现性 0.0005118 0.0030705 5.76 1.54 Operator 0.0000724 0.0004346 0.81 0.22 Operator*Sa

19、mple 0.0005066 0.0030396 5.70 1.52 部件间 0.0088689 0.0532135 99.78 26.61合计变异 0.0088885 0.0533312 100.00 26.67可区分的类别数 = 21 10% 量测系统可接受贡献率应该1%分辨率指数应该541GRR分析-数据输出表来源 数据分析 研究变异 %研究变 %公差来源 标准差(SD) (6 * SD) 异 (%SV) (SV/Toler)合计量具 R&R 0.0005904 0.0035423 6.64 1.77 重复性 0.0002944 0.0017664 3.31 0.88 再现性 0.000

20、5118 0.0030705 5.76 1.54 Operator 0.0000724 0.0004346 0.81 0.22 Operator*Sample 0.0005066 0.0030396 5.70 1.52 部件间 0.0088689 0.0532135 99.78 26.61 合计变异 0.0088885 0.0533312 100.00 26.67 可区分的类别数 = 21 验证计算：“合计量具R&R”标准差数值？验证公式：=+EVAV %研究变异 = = X 100%= 6.64(%)表示各项变异标准差占总变异标准差的百分比6 *R&R6*Total0.00354230533

21、312注意：%研究变异=量测系统变异/（量测系统变异+制程变异）制程变异通过样本选取来体现。若%StudyVar10%，需要分析是否因为样本选取未覆盖规格造成%Tolerance = = X 100%= 1.77(%)表示各项变异占规格公差的百分比6 * R&RUSL-LSL0.20.0035423特性规格：239.9240.1mm42数据分析 课堂练习打开数据表“量具 2.MTW”，进行GRR分析。仪器重复性越多点超过管制界线，说明仪器的变异越小观察交互作用：不同操作员对每个部件所读取的数据之间相吻合程度。比较人员之间变异比较样本变异GRR数据图形化43课堂练习打开数据表“量具 2.MTW”

22、，进行GRR分析。仪器Gage R&R数据分析来源 自由度 SS MS F P部件 2 38990 19495.2 2.90650 0.166操作员 2 529 264.3 0.03940 0.962部件*操作员 4 26830 6707.4 0.90185 0.484重复性 18 133873 7437.4合计 26 200222来源 方差分量 贡献率合计量具R&R 7304.67 84.36重复性 7304.67 84.36再现性 0.00 0.00操作员 0.00 0.00部件间 1354.50 15.64合计变异 8659.17 100.00 来源 标准差(SD) 研究变异(6*SD) %研究变异(%SV)合计量具R&R 85.4673 512.804 91.85重复性 85.4673 512.804 91.85再现性 0.0000 0.000 0.00操作员 0.0000 0.000 0.00部件间 36.8036 220.821 9.55合计变异 93.0547 558.328 100