MSA教程(第五版)

1、MSA（第五版）,测量系统分析 2018/5/6,1,MSA 介绍 MSA 和 质量管理体系的关系 测量系统的统计特性 分辨率 测量系统的量化 进行量具的重复性和再现性分析(GR&R) 属性测量 比较方法- 控制图和方差分析 MSA 技术总结 附件,内容提要,2,MSA 讲座的目的,使参加培训的人员： 理解MSA 在控制和改进过程中的重要性 具备开展测量体系分析所需要的统计方法的实用知识,3,测量体系分析 简介,4,测量体系是我们给某一产品或服务特性给定数值的过程 评估这一体系的首要步骤是理解这一过程并确定其是否符合我们的要求,什么是测量体系,5,测量体系的范例,如果要测量一个柱孔的内径，那么

2、测量体系应包括： 被测量的零件 人员 测量仪器 仪器使用方法 进行测量的环境条件 作为测量活动的结果，我们产生一个数值，以此表示内径,6,什么是测量体系分析,测量体系分析(MSA) MSA用于分析测量体系对量测值的影响 强调仪器和人的影响 我们对测量体系作测试，以确定量测数值的统计特性，并与可接受的标准相比较,7,三个基本问题,评估测量体系，以确定： 是否具备足够的分辨率? 是否具备时间变化的统计稳定性？ 是否在期望极差内具备统计特性的一致性，并为过程分析和过程控制所接受？,8,优胜者的方法,与过程变差相关联，使测量体系分析对三个基本问题的确定变得更有意义。 针对日益强调持续改进的全球化市场，

3、仅仅用相对于公差的百分比来表达测量误差是不够的。,9,测量体系变差,测量过程的构成因子及其相互作用，产生了测量结果或数值的变差。,10,测量体系分析的数据利用,用测量体系所收集的数据用于： 控制过程 估计影响过程产出的变量及其相互关系 利用数据分析，增进对测量体系中因果关系的了解 把注意力放在测量体系上，以求获得重复性和再现性,11,环境影响测量数据,温度变化引起热涨冷缩，使同一零件的同一特性产生不同的读数 光线不足妨碍正确读值 刺眼的光导致读值不正确,12,测量仪器影响测量结果,测量仪器的递增刻度必须小于规范值 测量仪器的种类，如尺，卡尺,13,材料和人员影响测量结果,材料：,人员：,14,

4、测量值并不总是精确的,测量体系的变差影响每个测量值和根据这些测量数据所作的判定 测量系统的误差可分为五类：偏倚、重复性、再现性、稳定性和线性 必须在采纳一个测量系统前知道其测量变差,15,MSA 应用,建立新量具的适用性和可接受性标准 把一个量具和另一个量具作比较 评估可疑的量具 量具维修前后的特性比较 计算测量系统变差 建立制造过程可接受性标准 管理和改进测量过程,16,MSA 和 质量管理体系的关系,17,MSA 和 质量管理体系的关系,目的 使学员理解测量系统统计特性的重要性和其对符合质量管理要求的意义,18,检验和测试,供应商实验室要求 1 对测量系统和实验室的要求 要有书面规定的范围

5、、政策、程序和工作指导书 文件控制、批准的供应商、APQP、产品标识和过程控制 测试的可追溯性、测试状态的目视标识 不合格品程序、纠正和预防措施、严格问题解决方法,19,检验和测试,供应商实验室要求 2 检验、测量和测试仪器的清单 所有IMT 仪器必须有独一无二的标识(编号)，并用适当的标记、标签、标识物或其它经批准的识别记录，以标明其校准状态 给定检验、测量和测试仪器的维护和校准周期,20,检验和测试,供应商实验室要求 3 对测试和校准活动作专业判定的人员必须具备相关经验并经过培训 记录对环境的控制和监控以证明相关技术活动在恰当的条件下进行 限定权限对测量系统中所用的硬件和软件的维护和使用,

6、21,检验、测量和测试仪器的控制,通用要求 所有检验、测量和测试设备，包括硬件和软件，都应确定其测量不确定性，并使其在可接受的范围内,22,检验、测量和测试仪器的控制,控制程序 确定准确度和精确度 对使用校准失效量具检验并接受的产品必须重复检验 校准和测试时的“环境条件”必须加以评估，以评定其对测量系统的影响 搬运、保护和储存 对测试用的硬件和软件作保护，以防止过度调整,23,检验、测量和测试仪器的控制,检验、测量和测试仪器 记录必须包括员工自备量具 量具在检查时，必须记录其条件和实际读数 当有怀疑的产品装运后必须通知客户 确认测量系统分析的方法被客户所批准。,注意：绝大多数人把MSA理解为单

7、纯的GR&R。本讲座将证明这种错误观念与事实差之千里,24,检验、测量和测试仪器的控制,测量系统分析 对客户批准的控制计划中所确定的每一种检验、测量和测试系统作统计分析 供应商应当把统计分析的范围从量具种类延伸到产品族 分析方法和接受标准应符合客户批准的标准或MSA手册的要求,25,检验、测量和测试仪器的控制,优胜者的检验、测量和测试设备控制方法 最大限度地减少量具种类 最大限度地减少量具数量 根据产品族添置量具 根据MSA手册的要求，按产品族进行统计分析 只采用符合MSA要求的量具 不允许个人量具 用6过程分布计算MSA结果，而不是规范或公差值,26,实施汽车质量体系的要求,标识所有检验、测

8、量和测试设备，及其校准状态 确定其准确度和精确度 进行测量设备的变差分析 (MSA) 当量具被发现处于非校准状态时，对其以前测量的结果作确认 量具的搬运、保护和存放 对量具作安全保护，防止 校准记录应包括个人量具 采用所有MSA手册中的标准,27,总 结,汽车行业质量管理体系对 MSA的要求详见ISOTS-16949(2002版)之7.6.1条款。 MSA需考虑线性、偏倚、稳定性、重复性、再现性五个方面。 MSA的应用必须考虑范围、频率、时机、方法和接受准则的规定。 至少应对每种量具作属性类和变量类的研究。,28,测量系统的统计特性,29,MSA的应用,30,理想的测量系统,每次都能获得正确的

9、测量值，每个测量值都与标准件一致 统计特性： “零” “零”偏倚 “零”概率误判被测量产品,31,测量系统数据,测量系统的质量由其测量值的统计特性所决定；应当： 很小的偏倚和变差 测量值接近标准件 R&R小于10% 确定所需数据、如何使用测量系统、它的统计特性和测量方法 值得花费时间和成本以确定测量系统的统计特性是否满足要求,32,测量系统必须处于统计稳定状态，也就是说，测量系统的变差不受特殊原因支配 1. 一般说来，当没有数值(点)落在特殊原因区域内时，测量系统便处于统计控制状态 2. 如果没有如SPC手册中描述的数据 趋势或漂移时，我们也可认为是统 计控制状态,统计控制,33,数学表达,过

10、程控制中所收集的数据包含二种不同的，相对独立的变差来源： 制造过程变差 (MPV) 测量系统变差 (MSV) 总变差 (TV) = MPV + MSV,34,测量系统的变差必须小于制造过程变差 MSV 或 45) 如果不呈线性关系，应当采用其它工具分析测量系统的可接受性,78,非线性的原因,量具的作业范围的开端和末端未经恰当的校准 用于最小和最大量程的标准件有误 量具磨损 量具的设计特性,79,练习三：线性,1. 计算第1、2组数据的偏倚和线性 2. 以标准值为X轴，以偏倚值为Y轴，将11点作图 3. 分析图形和运算，以确定可接受性,80,练习三：线性,81,重复性,同一评鉴人员用同一测量仪器

11、测量多次测量同一零件的同一特性所获得的测量变差,82,重复性范例,83,再现性,不同评鉴人员用同一测量仪器测量同一零件的同一特性所获得的测量平均值的变差,84,再现性范例,85,开展 量具的重复性和再现性 (GR&R)分析,86,MSA的应用,MSA,87,GR&R,目的 理解用AIAG计算方法所作的GR&R 注意: 重复性和再现性用于衡量测量系统变差的宽度或开展度 偏倚、稳定性和线性用于对测量系统变差作定位,88,R&R,重复性 同一评鉴人员用同一测量仪器测量多次测量同一零件的同一特性所获得的测量变差,再现性 - 不同评鉴人员用同一测量仪器测量同一零件的同一特性所获得的测量平均值的变差,89

12、,量具R&R分析,量具R&R工作指南 1. 在测量系统使用者中选出2-3个评鉴人 2. 抽取10个零件，以此代表实际或期望的过程变差极 差 3. 把零件从1至10编号，但号码不为被评鉴人所见 4. 如果测量程序文件中有规定，则对量具作校准,90,量具R&R分析,量具R&R工作指南(续) 5. 由评鉴员A随机地对10个零件作测量，由一个观察员 记录测量结果 6. 由其他评鉴员重复第5步，隐藏其他评鉴员所获得 的读数 7. 重复第5和第6步，用不同的随机组合测量 8. 对每个评鉴员的读数计算均值和极差,91,量具R&R分析,量具R&R工作指南(续) 9. 用所附GR&R报告表，记录零件均值和极差均

13、值 10. 计算表示设备变差的重复性 11. 计算表示评鉴人员变差的再现性 12. 计算GR&R并转换成百分比 13. 计算零件变差并转换为百分比 14. 计算总变差,92,R&R的应用,当重复性比再现性大时： 量具需要维护 重新设计量具以更为严格 改进量具的夹紧或定位 零件内部变差太大,93,R&R的应用,当再现性比重复性大时： 评鉴人员需要更好的量具使用培训 需要更好的操作定义 量具的刻度可读性太差 需要辅助装置，以求量具使用的一致性,94,练习四：GR&R的计算和报告,1. 计算记录表中数据的结果 2. 分析数据以确定量具的可接受性 3. 用X和R图对结果作进一步图析 4. 用GR&R数

14、据完成GR&R报告,95,R&R数据记录表,96,R&R报告,97,练习五：GR&R,1. 选择一个测量系统，5-10个零件进行GR&R分析 2. 每个小组选择2个评鉴员，一个记录员和一个督导员 3. 分析结果必须能表明测量系统对分辨过程和用于过程控制的有效性,98,属性的测量,99,MSA的应用,MSA,100,属性的测量,属性类量具： 将每个零件与设定的容限作比较，当符合容限时零件被接受 用于接收或拒收一组标准件 不能告知零件好、坏的程度，仅有接收/或拒收(通过/不通过)之分,101,属性量具的工作指南,1. 选择20个零件 2. 包括几个处于规范容限上限或下降边缘的零件 3. 选出二个在

15、日常工作中使用这种量具的评鉴员 4. 每个评鉴员对每个零件随机地测量二次,102,属性量具决策原则,如果所有测量一致 - 接受量具 如果所有测量不一致 - 改进系统(单个不一致) 如果量具不能改进，系统不能接收 - 寻求其它测量系统,103,属性量具分析范例,二个评鉴员用属性量具对20个零件作了测试，结果如下：,零件1，9，13和20测量系统结果不一致，系统需要改进,104,练习六：属性量具,1. 选择二个评鉴员，一个记录员和一个督导员 2. 用一个属性量具评估20个零件；从正常允许的过程极差内抽取零件，加以编号 3. 随机评估每个零件 4. 作一次性盲人试验，督导员控制 5. 每个评鉴员对每

16、个零件取二次读数，二个读数读取于不同时间，有一定间隔,105,测量系统的比较工具 - 控制图和方差分析,106,MSA的应用,MSA,107,比较工具,目的 了解如何用控制图和方差分析评估测量系统 范围 用SPC技术、图析、GR&R数据和方差分析等方法分析变差,108,用控制图作目视分析,当GR&R太大或碰到不能解释的问题时，用控制图发现问题,109,极差图的计算,重复性的极差控制图 根据SPC手册，极差图的控制限为 UCL = D4 x R LCL = D3 x R D3 和 D4 为控制图常数估计值 在范例中，平均数和极差都是根据4个数值计算，所以，小组中有4个观测值 R = 0.024

17、UCL = D4 x R = 2.282 x 0.024 = 0.055 LCL = D3 x R = 0 x 0.024 = 0 * 注：这里的控制限常数是指测量过程，而不是制造过程,110,极差图范例,2个评鉴人，4次测试，5个零件,零件,111,极差图结论,二个评鉴人的所有观测极差值都在控制限内，即二个评鉴人之间无差异 如果其中一个评鉴人有观测极差落在控制限外，结论为二个人的方法有别 如果所有评鉴人(本例为二人)都有些点落在控制限外，结论是测量系统对评鉴人的技术敏感，需要改进以获得有用的数据,112,均值图计算,再现性的均值控制图 根据SPC手册，均值图(X图)的控制限为 UCL = X

18、 + A2R LCL = X - A2R A2 是从控制图常数表中得到的估计值* A2 = 0.729 范例的计算： X = 3.1715 R = 0.024 UCL = 3.1715 + (0.729 x 0.024) = 3.189 LCL = 3.1715 - (0.729 x 0.024) = 3.154 *适用于控制状态和正态分布；对非正态分布的数据应计算标准差 sigma,113,均值图范例,二个评鉴人，4次试测，5个零件,3.11,LCL= 3.15.4,3.15,X=3.1715,UCL= 3.189,3.20,114,均值图结论,在本分析中10个点中的4个点落在控制限外 由于

19、不到半数，结论是测量系统不足以探测零件与零件之间的变差,115,练习七：均值和极差图,1. 用练习四GR&R中的数据，作均值和极差图 2. 把图与练习四中的计算结果作比较,116,方差分析的说明,摘自MSA手册，1995：第69页,与均值极差法相比，ANOVA技术的优点如下： 有处理任何实验装置的能力 可以更精确地估计方差 从实验数据中获得更多信息（如零件与评价人之间 的交互作用影响）。 缺点是数据计算更复杂，操作者需要掌握一定程度的统 计学知识来解释结果。,方差分析（ANOVA）是一种标准统计技术，可用于分析 测量误差或其他测量系统研究中数据变异的来源。在方差分 析中，方差可以被分解成4部分

20、：零件、评价人、零件与评 价人之间的交互作用和由于量具造成的重复误差。,117,如何使用方差分析,产品不能再度利用，如破坏性试验 拉力测试 抗拉强度测试 化学成分分析 产品由评估仪器而改变,需要变差来源的知识: 仪器 评鉴人员 测量单位(零件) 交互作用 评估系统稳定性,118,GR 3 次试测,方差来源 估计方差 总变差% 贡献% 重复性 (EV) 7.828 9.14 0.8 再现性 (AV) 8.5757 10.01 1.0 量具 R&R (R&R) 11.611 13.56 1.8 零件与零件 (PV) 84.843 99.08 98.2 总方差 (TV) 85.634,注: % 重复

21、性的总变差 = (EV/TV) x 100 % 重复性的贡献份额 = (EV/TV)2 x 100,R&R的贡献份额为1.8%, 仪器的贡献份额为0.8%,ANOVA范例,119,MSA技术总结,120,测量系统分析,典型的准备工作包括： 分析的操作定义 评鉴员和样件数量 重复读数或试测次数 尺寸的关键性 零件构造 作业员在作业时使用测量仪器 样件能代表完整的作业极差 测量仪器的分辨率必须能够读出特性的过程变差,121,分析方法,假定每个读数都具有统计独立性 所有测量都随机 一次盲人试测以降低评鉴人的偏倚 读出最小递增单位的一半 每个评鉴人必须用相同的程序 分析由对分析可靠性作出承诺的人督导,

22、122,GR&R 接受标准,根据估计的系统R&R值，接受标准为: %R&R30%, 系统需要改进,123,MSA 总结,偏倚,选择测量系统的基本要求(可通过极差图作目视分析) 通过测定偏倚值衡量 通过对GR&R估计的重复性衡量 通过观测均值减去基准值衡量,124,MSA 总结,控制图，方差分析,当测量系统间歇使用或较长时间不用后作分析 至少应该在作业范围内作2-3次偏倚分析 对相同样件作重复测量的行业测量系统 用于分析异常或过大的变差,125,MSA 的定义,MSA - 测量系统分析，用于分析测量系统对数量化测量值的影响 变差 - 由人、材料、方法、仪器和环境所致 分辨率 - 测量系统探测被测值最小变化的能力 准确度 - 测量值对照已知标准的绝对正确程度,126,MSA 定义,精确度 - 测量系统再现性和复制读数的能力 偏倚 - 测量均值