MSA测量系统评定

量測系統分析（MSA）

(MeasurementSystemsAnalysis)科建顾问第二版1/57量测系统所应具有之统计特性

量测系统必须处于统计控制中，这意味着量测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。量测系统的变差必须比制造过程的变差小。变差应小于公差带。第二版2/57量测精度应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一般来说，量测精度是过程变差和公差带两者中精度较高者的十分之一。量测系统统计特性可能随被测项目的改变而变化。若真的如此，则量测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。第二版3/57标准国家标准第一级标准(连接国家标准和私人公司、科研机构等)

第二级标准(从第一级标准传递到第二级标准)工作标准(从第二级标准传递到工作标准)

第二版4/57量测系统的评定

量测系统的评定通常分为两个阶段，称为第一阶段和第二阶段第一阶段：明白该量测过程并确定该量测系统是否满足我们的需要。第一阶段试验主要有二个目的：确定该量测系统是否具有所需要的统计特性，此项必须在使用前进行。发现哪种环境因素对量测系统有显著的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用之空间及环境。第二版5/57第二阶段的评定目的是在验证一个量测系统一旦被认为是可行的，应持续具有恰当的统计特性。常见的就是“量具R&R”是其中的一种型式。第二版6/57各项定义

量具:任何用来获得量测结果的装置，包括用来量测合格/不合格的装置。量测系统：用来获得表示产品或过程特性的数值的系统，称之为量测系统。量测系统是与量测结果有关的仪器、设备、软件、程序、操作人员、环境的集合。量具重复性(Repeatability)：指同一个评价人，采用同一种量测仪器，多次量测同一零件的同一特性时获得的量测值（数据）的变差。第二版7/57量具再现性(Repeatability)：指由不同的评价人，采用相同的量测仪器，量测同一零件的同一特性时量测平均值的变差。稳定性(Stability)：指量测系统在某持续时间内量测同一基准或零件的单一特性时获得的量测值总变差。第二版8/57偏倚(Bias):指同一操作人员使用相同量具，量测同一零件之相同特性多次数所得平均值与采用更精密仪器量测同一零件之相同特性所得之平均值之差，即量测结果的观测平均值与基准值的差值，也就是我们通常所称的“准确度”线性(Linearity)：指量测系统在预期的工作范围内偏倚的变化。零件变差(PartVariation)：指过程中个别零件量测平均值的变差。第二版9/57分析时机

新生产之产品PV有不同时新仪器，EV有不同时新操作人员，AV有不同时易损耗之仪器必须注意其分析频率。第二版10/57重复性性与再再现性性（R&R）之分析析决定研研究主主要变变差形形态的的对象象.使用「「全距距及平平均数数」或或「变变差数数分析析」方方法对对量具具进行行分析析.于制程中随随机抽取被被测定材料料需属统一一制程.选2-3位操作员在在不知情的的状况下使使用校验合合格的量具具分别对10个零件进行行量测,测试人员将将操作员所所读数据进进行记录,研究其重复复性及再现现性(作业员应熟熟悉并了解解一般操作作程序,避免因操作作不一致而而影响系统统的可靠度度)，同时评估估量具及对对不同操作作员熟练度度.第二版11/57针对重要特特性(尤指是有特特殊符号指指定者)所使用量具具的精确度度应是被量量测物品公公差的1/10,(即其最小刻刻度应能读读到1/10过程变差或或规格公差差较小者;如:过程中所需需量具读数数的精确度度是0.01m/m,则量测应选选择精确度度为0.001m/m),以避免量具具的鉴别力力不足，一一般之特性性者所使用用量具的精精确度应是是被量测物物品公差的的1/5。试验完后,测试人员将将量具的重重复性及再再现性数据据进行计算算(R&R数据表),(R&R分析报告),依公式计算算并作成R管制图或直直接用表计计算即可第二版12/57重复性与再再现性（R&R）之分析结果分析:当重复性(AV)变差值大于于再现性(EV)时.量具的结构构需再设计计增强及应应加以保养养.量具的夹紧紧或零件定定位的方式式(检验点点)需加以以改善.产品的变异异出现异常常.当再现性(EV)变差值大于于重复性(AV)时.作业员对量量具的操作作方法及数数据读取方方式不熟悉悉应加强教教育,作业标准应应再明确订订定或修订订.可能需要某某些夹具协协助操作员员,使其更具一一致性的使使用量具.量具的校正正未确实执执行。第二版13/57量测系统R&R分析(均值值——极差差法)这里介绍常常用的均值值——极差差法，用来来研究量测测系统的双双性：R&R。它也称大样样法(LongMethod)。。研究R&R的前提是量量测系统已已经过校准准，而且其其偏倚、线线性及稳定定性已经过过评价并认认为可接受受。第二版14/57（例1）三三位作业者者对10个个零件分别别量测，每每个零件量量测两次，，数值如下下表所列以下举一典典型情况说说明此方法法1确定M名操作者A、B、C……，选定N个被测零件件，按1、、2、………，编号。。被选定零零件尽可能能反映整个个过程的变变差。1.1测测取数据：：A以随机顺序序测取所有有数据并记记录之，B、C在不知他人人量测结果果的前提下下，以同样样方法量测测各零件的的数据并记记录之。再以随机顺顺序重复上上述量测r次(如2~3次)。。第二版15/572数据处处理2.1极极差计算第二版16/572.2均均值计算第二版17/573结果分分析以下计算的的变差均以以99%的的正态概率率为基础，，即变差=5.15σ。3.1重复性第二版18/573.2再再现性第二版19/573.3量量测系统双双性（R&R）3.4零件变差零件数N23.6532.7042.3052.0861.9371.8281.7491.67101.62第二版20/57RP为零件的最最大差异，，K3为系数与零零件数有关关3.5总总变差3.6各各变差占总总变差的百百分比%AV=AV/TVX100%%R&R=R&R/TVX100%%PV=PV/TVX100%%EV=EV/TVX100%第二版21/57应同时将EV、AV、R&R各值与公差差带宽度比比较，得出出各变差占占公差带的的百分比。。%R&R可接受的条条件是：<10%可可接受；10~30%——有条件可接接受；>30%———不可接接受，应改改进。第二版22/57数值<10%的误差差量测系统统可接受.10%<数数值<30%的误差差量测系统统可接受或或不接受,决定于于该量测系系统之重要要性,量量具成本、、修理所需需之费用等等因素，可可能是可接接受的.数值>30%的误差差量测系统统不能接受受,须予予以改进.进行各各种势力发发现问题并并改正，必必要时更换换量具或对对量具重新新进行调整整,并对对以前所量量测的库存存品再抽查查检验,如如发现库库存品已超超出规格应应立即追踪踪出货通知知客户,协协调处理理对策.第二版23/57量具重复性性和再现性性(R&R)的可接受性性准则：习题：XYZ公司根据控控制计划中中要求针对对游标卡尺尺作R&R分析，选定定3名操作作者A、B、C，选定10个个被测零件件，按1、、2、………10编号号，其所测测结果均记记录在表17-2中中，请根据据该表所测测结果计算算：EV=?,AV=?,R&R=?,PV=?,TV=?,%EV=?,%AV=?,%R&R=?,%PV=?,根据%R&R的计算结结果请判判定此游游标卡尺尺是否符符合要求求？第二版24/57稳定性分分析之执执行(Stability)选取一个个样品,并建立可可追溯标标准之真真值或基基准值,若无样本本则可从从生产线线中取一一个落在在中心值值域的零零件\当成标准准值,且应针对对预期测测试值的的最低值值，最高高值及中中程数的的标准各各取得样样本或标标准件,并对每个个样本或或标准件件单独量量测并绘绘制控制制图.(所以可能能是须做做三张控控制图来来管制仪仪器之高高、中、、低各端端，但一一般而言言，只需需做中间间值那个个就可以以了)第二版26/57稳定性（（Stalility）稳定性又又称漂移移（Drift），是指不同同时间量量测值的的变异此此量测的的方式可有两种种：1、以相相同标准准件在不不同时间间量测同同一量具具所得的的变异。。2、以相相同量具具在不同同时间量量测同一一零件所所得的变变异稳定定性性可用下下面图形表示示：时间1时间2稳定性定期(时时、天、、周)对对标准件件或样本本量测3～5次.注意,决定样本本量及频频度的考考虑因素素应包括括要求多多长时间间重新校校正或修修理次数数,量测系统统使用的的频度与与操作环环境(条件)等.将量测(数据)值标记记在X-RCHART或X–SCHART上.计算管制制界限,确定定每个曲曲线的控控制限并并按标准准图判断断失控或或不稳定定状态。第二版27/57计算标准准差,并与量测测过程偏偏差相比比较,以评估量量测系统统的重复复性是否否适于应应用.不可以发发生此项项之标准准大于过过程标准准差之现现象，如如果有发发生此现现象，代代表量测测之变异异大于制制程变异异，此项项仪器是是不可接接受的。第二版28/57稳定性之之判定：：稳定性性之判定定一般之之方式和和控制图图之判定定方式是是一致的的，(一)不可以有有点子超超出控制制界限，，(二)不可以有有连续三三点中有有二点在在A区或A区以外之之位置，，(三)不可以有有连续五五点中有有四点在在B区或B区以外之之位置，，(四)不可有连连续八点点在控制制图之同同一侧，，(五)不可以有有连续七七点持续续上升或或下降之之情形；；如果有有以上之之情形，，代表仪仪器已不不稳定，，须做维维修或调调整，维维修及调调整完后后须再做做校正以以及稳定定性之分分析。第二版29/57偏移（Bias）偏移又称称为准确确度（Accuracy），是指量测测观察平平均值与基准值值的差值值，而基基准值可可籍由较较高等级级的量具具量测数次的平平均值而而得，偏偏移可以以下面图图形表示示：偏移（标标准度））VTVAVT：基准差VA：量测平均均值偏倚分析析之执行行(Bias)独立取样样法:选取一个个样品,并建立可可追溯标标准之真真值或基基准值,若无样本本则可从从生产线线中取一一个落在在中心值值域的零零件,当成标准准值,且应针对对预期测测试值的的最低值值、最高高值及中中程数的的标准各各取得样样本或标标准件,每个样本本都要求求单独分分析，并并对每个个样本或或标准件件量测10次,计算其平平均值,将其当成成“基准值”.由一位作作业者以以常规方方式对每每个样本本或标准准件量测测10次.并计算出出平均值值,此值为“观测平均值”.第二版30/57计算偏倚:偏倚=观察察平均值（VA）–基准值（VT）制程变异=6σ（3σ）如果需要一个个指数，把偏偏倚乘以100再除以过过程变差(或或公差)，就就把偏倚转化化为过程变差差(或公差)的百分比，，偏倚占过程程变差的百分分比计算如下下：偏倚%=100[(偏倚倚)/过程变变差]偏倚占公差百百分比采用同同样方法计算算，式中用公公差代替过程程变差。第二版31/57偏移（Bias）（例3）1位位作业者量测测1个零件10次，量测测值如下：X1=0.75X6=0.80X2=0.75X7=0.75X3=0.80X8=0.75X4=0.80X9=0.75X5=0.65X10=0.70量测平均值VA=Xi/10=0.75,已知该零件的的基准值VT为0.8mm，零件的过程变差差为0.70mm则Bias=VA-VT=0.75-0.80=-0.05%Bias=100（|Bias|/过程变差）=100（0.05/0.70）=7.1%判定:针对偏倚之部部份，判定之之原则为：重要特性部份份其偏倚%须<=10%；一般特性其偏偏倚%须<30%；应依据仪器器之使用目的的来说明其接接受之原因。。其偏倚%大于30%者，此项仪器器不适合使用用。第二版32/57如果偏倚较大大，查找以下下可能的原因因：标准或基准值值误差，检验验校准程序。。仪器磨损，主主要表现在稳稳定性分析上上，应制定维维护或重新修修理的计划。。制造的仪器尺尺寸不对。仪器量测了错错误的特性。。仪器校准不正正确，复查校校准方法。评价人员操作作仪器不当，，复查检验方方法。仪器修正计算算不正确。第二版33/57线性分析之执执行(Linear)独立取样法:针对产品所须须使用之范围围，利用标准准件或产品样样本(一般区分为五五个等分，其其范围须包括括产品之规格格公差之范围围)来做仪器之线线性分析，如如果是采用标标准件须有真真值，如果是是使用产品样样本时，则这这些的产品样样本须先经精精密量测十次次以上，再予予以平均，以以此当做是「「真值」或「「基准值」。由一位作业者者以常规方式式对每个样本本或标准件量量测10次.并计算出平均均值,此值为“观察平均值”.第二版34/57计算偏倚:偏倚=观察平均值–基准值过程变差=6σ（3σ）绘图:X轴=基准值Y轴=偏倚其方程式为:y=a+bx再分别计算其其截距，斜率率，拟合优度度，线性，线线性%等第二版35/57公式第二版36/57(R2：为回归线的GoodnessofFit)判定:针对重要特性性其线性度%<5%一般特性其线线性度%<10%线性度%>10%以上者判为不不合格，此项项之仪器不适适合使用。第二版37/57如果量测系统统为非线性，，查找以下可可能原因：在工作范围内内上限或下限限内仪器没有有正确校准最小或最大值值校准量具的的误差磨损的仪器仪器固有的设设计特性第二版38/57何谓计数型量量具就是把各个零零件与某些指指定限值相比比较，如果满满足限值则接接受该零件，，否则拒收。。计数型量具不不能象计量型型量具指示一一个零件多么么好或多么坏坏，它只能指指示该零件被被接受还是拒拒收。第二版39/57小样法之做法法先选取二十个个零件来进行行。选取二位评价价人以一种能能防止评价人人偏倚的方式式两次量测所所有零件。在选取二十个个零件时，必必须有一些零零件稍许高或或低于规范限限值。所有的量测结结果(每个零件测四四次)一致则接受该该量具，否则则应改进或重重新评价该量量具，如果不不能改进该量量具，则不能能被接受并且且应找到一个个可接受之替替代量测系统统。第二版40/57第二版41/57一个典型的用用于计数型量量具研究小样样法的表格如如下：线性（Linearity）线性是指量具具在使用范围围内偏移（准准确度）差异异的分布状况况。作业者量测5个不同零件件，其真值分分别为2.00mm,4.00mm,6.00mm,8.00mm及10.00mm，每个零件量测测12次，如如下页所示：：线性（Linearity）线性（Linearity）依据上表，可可计算出每个个零件的平均均值及偏移，，再依据真值值与偏移的关关系，可知其此量量具的线性性分布状况况如下图所所示：0-0.20-0.40-0.600.200.400.602.004.006.008.0010.00（偏移值））X（真值）回归线线性方程式式：y=a+bx回归线：找找出一条直直线与各点点最短的距距离（表变变异最小））线性（Linearity）吾人可由上上图得到回回归线如下下：（或由由计算机求求出a.b）y=a+bx其中b==-0.1317a=y-bx=0.7367(y,x分别为y及x的平均值)R2==0.98（R2为回归线的的GoodnessofFit）线性（Linearity）吾人可计算算Bias,Linearity,%Linearity及GoodnessofFit的结果如下下：Bias=a+bx=0.7367-0.1317xLinearity=|slope|╳Processvariation=0.1317╳6.00=0.79已知processvariation=6.00%Linearity=100(linearity/processvariation)=100(0.79/6.00)=13.17%GoodnessofFit(R2)=0.98综上可知Linearity(线性)是由由(斜率)所决定的的,斜率越越小则量测测的线性越佳佳,反之亦亦然。大样法对于某计数数型量具，，用量具特特性曲线(GPC)的概念来进进行量具研研究，GPC是用于评价价量具的重重复性和偏偏倚。这种量具研研究可用于于单限值和和双限值量量具。对于双限值值量具，假假定误差是是线性一致致的，只需需检查一个个限值。第二版42/57大样法之做做法一般地，计计数型量具具研究包括括获得多个个被选零件件的基准值值。这些零零件经过多多次(m)评价，连同同接受总次次数(a)，逐个零件地地记录，从从这些结果果就能估计计重复性和和偏倚。第二版43/57第一步驟选取零件。。最根本的的是已知研研究中所用用零件的基基准值。应应尽可能按按实际情况况等间隔选选取八个零零件，其最最大和最小小值应代表表该过程范范围八个零件必必须用量具具量测m=20，，并记录接受受的次数(a)。第二版44/57第二步驟对于整个研研究，最小小的零件必必须a=0，最大的零件件a=20，，记录接受的的次数(a)。其余1≤a≤19。如果不满足足这些准则则，必须用用量具量测测更多的已已知其基准准值的零件件(X)。直到满足上上述条件。。如果最小值值零件的a≠0，那么选取越越来越小的的零件所评评价直至a=0第二版45/57如果，最大大值零件的的a≠20,那么选取越越来越大的的零件并评评价直至a=20。。如果六个零零