04MSA—测量系统分析讲义

测量系统分析(MSA)一、相关定义二、ＭＳＡ实施步骤三、测量系统所应具有之统计特性四、标准五、测量系统的评定六、各项定义七、分析时机八、测量系统分析－实施方法本课程主要内容：一、相关定义分析的原理：当我们在跳动时，目标也许没有跳动，但测量的结果也许是对方在动（如在火车上的人---）；测量系统分析的目的是不要把测量系统的波动（如自己的波动）当成过程的波动，造成基于数据的过程控制为错误的行动。目的：要研究测量过程带来的测量误差是否会导致基于测量的控制被误导。测量系统分析的范围：当确定测量系统分析的范围从标准的符合性角度出发，需要将控计划上涉及的测量系统纳入，包括对产品特性和过程特性进行测量的系统（对进行初始能力研究和PPAP的产品特性测量系统，需要进行MSA；对实施SPC的测量系统需要进行MSA）；•分析方法：对计数数据测量的测量系统，可采用小样法，以及MSA第三版所建议的方法；标准允许使用任何顾客不反对的方法。计量数据也是采用标准允许使用任何顾客不反对的方法（如均值极差、方差等方法）。对于那些无法使用常规测量系统方法的测量系统，需要和顾客沟通。测量系统分析输入:SWIPE输出:测量数据测量系统分析是一个过程二、ＭＳＡ实施步骤１、根据控制计划，针对被测量的特性选择适当的测量工具；２、确定测量系统分析方法（计数／计量，大样／小样）；３、确定要进行分析所需的样品容量（从一定容量大小的总体内选取以保证ＭＳＡ的质量）；４、确定为开展ＭＳＡ所需的时间（采集数据的时间有时会大于数据分析的时间）；５、选择并实施分析（事先策划的零件数、测量者、测量次数）；６、分析结果；７、接受还是拒收测量系统；８、拒收，则可考虑更换合适的测量系统。•1、测量定义为赋值（或数）给具体事物以表示它们之间关于特定性的关系。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。•2、量具：任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置；包括通过/不通过装置。•测量系统：是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程。S标准W工件(如,零件)I仪器P人/程序E环境分辨力、可读性、分辨率•√别名：最小的读数的单位、测量分辨率、刻度•限度或探测度•√由设计决定的固有特性•√测量或仪器输出的最小刻度单位•√总是以测量单位报告•√1：10经验法则有效分辨率•√对于一个特定的应用，测量系统对过程变差的灵敏性•√产生有用的测量输出信号的最小输入值•√总是以一个测量单位报告基准值•√人为规定的可接受值•√需要一个可操作的定义•√作为真值的替代真值•√物品的实际值•√未知的和不可知的•位置变差●准确度•√“接近”真值或可接受的基准值•√ASTM包括位置和宽度误差的影响●偏倚•√测量的观测平均值和基准值之间的差异•√测量系统的系统误差分量●稳定性•√偏倚随时间变化•√一个稳定的测量过程是关于位置的统计受控•√别名：漂移●线性•√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宽度变差●精密度•√重复读数彼此之间的“接近度”•√测量系统的随机误差分量●重复性•√由一位评价人多次使用同一种测量仪器，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．Ｖ．-设备变差•√仪器（量具）的能力或潜能•√系统内变差●再现性•√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．Ｖ-评价人变差•√系统间（条件）变差•√ASTME456-96包括重复性、实验室、环境及评价人影响三、测量系统所应具有之统计特性1、测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量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。2、测量系统的变差必须比制造过程的变差小。3、变差应小于公差带。•4、测量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，测量精度是过程变差和公差带两者中精度较高者的十分之一。5、测量系统统计特性可能随被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量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。四、标准1、国家标准2、第一级标准(连接国家标准和私人公司、科研机构等)3、第二级标准(从第一级标准传递到第二级标准)4、工作标准(从第二级标准传递到工作标准)五、测量系统的评定•测量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：明白该测量过程并确定该测量系统是否满足我们的需要。第一阶段试验主要有二个目的：确定该测量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测量系统有显著的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用之空间及环境。•第二阶段的评定目的是在验证一个测量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。六、各项定义•v量具:任何用来获得测量结果的装置，包括用来测量合格/不合格的装置。v测量系统：用来获得表示产品或过程特性的数值的系统，称之为测量系统。测量系统是与测量结果有关的仪器、设备、软件、程序、操作人员、环境的集合。v量具重复性：指同一个评价人，采用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值（数据）的变差。•v量具再现性：指由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。v稳定性：指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值总变差。v偏倚:指同一操作人员使用相同量具，测量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测量同一零件之相同特性所得之平均值之差，即测量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”v线性：指测量系统在预期的工作范围内偏倚的变化。七、分析时机•对特殊特性测量的测量系统需要根据顾客要求或程序规定定期进行测量系统分析；当能力研究发觉可能是测量系统的问题时，需要在确定问题原因时进行测量系统分析。•v新生产之产品PV有不同时v新仪器，EV有不同时v新操作人员，AV有不同时v易损耗之仪器必须注意其分析频率。R&R之分析v决定研究主要变差形态的对象.•v使用「全距及平均数」或「变差数分析」方法对量具进行分析.v于制程中随机抽取被测定材料需属统一制程.v选2-3位操作员在不知情的状况下使用校验合格的量具分别对10个零件进行测量,测试人员将操作员所读数据进行记录,研究其重复性及再现性(作业员应熟悉并了解一般操作程序,避免因操作不一致而影响系统的可靠度)同时评估量具对不同操作员熟练度•v针对重要特性(尤指是有特殊符号指定者)所使用量具的精确度应是被测量物品公差的1/10,(即其最小刻度应能读到1/10过程变差或规格公差较小者;如:过程中所需量具读数的精确度是0.01m/m,则测量应选择精确度为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测量物品公差的1/5。v试验完后,测试人员将量具的重复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结果分析:•v当重复性(EV)变差值大于再现性(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(检验点)需加以改善.•量具应加以保养.v当再现性(AV)变差值大于重复性(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纠正后须再做测量系统分析,并作记录.测量系统R&R分析（均值—极差法）•n这里介绍常用的均值—极差法，用来研究测量系统的双性：R&R。它也称大样法（LongMethod）。n研究R&R的前提是测量系统已经过校准，而其偏倚、线性及稳定性已经过评价并认为可接受。以下举一典型情况说明此方法n1确定M名操作者A、B、C……，选定N个被测零件，按1、2、……，编号。被选定零件尽可能反映整个过程的变差。•n1.1测取数据：A以随机顺序测取所有数据并记录之，B、C：在不知他人测量结果的前提下，以同样方法测量各零件的数据并记录之。n再以随机顺序重复上述测量r次(如2~3次)。•n2数据处理n2.1极差计算•n2.2均值计算•n3结果分析•n以下计算的变差均以99%的正态概率为基础，即变差=5.15σ。n3.1重复性•n3.2再现性•n3.3测量系统双性（R&R）•n3.4零件变差•n3.5总变差n3.6各变差占总变差的百分比n%AV=AV/TVX100%n%R&R=R&R/TVX100%n%PV=PV/TVX100%n%EV=EV/TVX100%•n应同时将EV、AV、R&R各值与公差带宽度比较，得出各变差占公差带的百分比。n%R&R可接受的条件是：n10%可接受；n10~30%——有条件可接受；n30%——不可接受，应改进。•量具重复性和再现性(R&R)的可接受性准则：•n数值10%的误差测量系统可接受.n10%数值30%的误差测量系统可接受或不接受,决定于该测量系统之重要性,量具成本、修理所需之费用等因素，可能是可接受的.n数值30%的误差测量系统不能接受,须予以改进.进行各种势力发现问题并改正，必要时更换量具或对量具重新进行调整,并对以前所测量的库存品再抽查检验,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.习题(计算千分尺GR&R—附页)稳定性分析之执行•v选取一个样品,并建立可追溯标准之真值或基准值,若无样本则可从生产线中取一个落在中心值域的零件,当成标准值,且应针对预期测试值的最低值，最高值及中程数的标准各取得样本或标准件,并对每个样本或标准件单独测量并绘制控制图.(所以可能是须做三张控制图来管制仪器之高、中、低各端，但一般而言，只需做中间值那个就可以了)•v定期(时、天、周)对标准件或样本测量3～5次.注意,决定样本量及频度的考虑因素应包括要求多长时间重新校正或修理次数,测量系统使用的频度与操作环境(条件)等.•v将测量(数据)值标记在X-RCHART或X–SCHART上.v计算管制界限,确定每个曲线的控制限并按标准图判断失控或不稳定状态。•v计算标准差,并与测量过程偏差相比较,以评估测量系统的重复性是否适于应用.不可以发生此项之标准大于过程标准差之现象，如果有发生此现象，代表测量之变异大于制程变异，此项仪器是不可接受的。•v稳定性之判定：稳定性之判定一般之方式和控制图之判定方式是一致的，(一)不可以有点子超出控制界限，(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，(三)不可有连续八点在控制图之同一侧，(四)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。偏倚分析之执行:•v独立取样法:选取一个样品,并建立可追溯标准之真值或基准值,若无样本则可从生产线中取一个落在中心值域的零件,当成标准值,且应针对预期测试值的最低值，最高值及中程数的标准各取得样本或标准件,每个样本都要求单独分析，并对每个样本或标准件测量10次,计算其平均值,将其当成“基准值”.n由一位作业者以常规方式对每个样本或标准件测量10次.并计算出平均值,此值为“观测平均值”.•v计算偏倚:偏倚=观察平均值–基准值制程变异=6δ如果需要一个指数，把偏倚乘以100再除以过程变差(或公差)，就把偏倚转化为过程变差(或公差)的百分比，偏倚占过程变差的百分比计算如下：偏倚%=100[(偏倚)/过程变差]偏倚占公差百分比采用同样方法计算，式中用公差代替过程变差。•判定:针对偏倚之部份，判定之原则为：---重要特性部份其偏倚%须=10%；---一般特性其偏倚%须30%；应依据仪器之使用目的来说明