1-MSA第三版教材A

1测量系统分析第三版MEASUREMENTSYSTEMSANALYSIS（MSA）ISO/TS16949:2009工具手册之四2课程内容1引言2术语3测量过程4测量系统分析基础5简单测量系统分析的实践3ISO/TS16949与MSAISO/TS16949：2009标准7.6监视和测量装置的控制7.6.1测量系统分析为分析每种测量和试验设备系统结果中呈现的变差，应进行适当的统计研究。此要求应适用于控制计划中提及的测量系统。所用的分析方法及接受准则应与顾客关于测量系统分析的参考手册相一致。如果得到顾客的批准，其他分析方法和接受准则也可应用。4•数据的类型–计量型数据Variabledata–计数型数据Attributedata•如何评定数据的质量–测量结果与“真值”的差越小越好–数据质量是用多次测量的统计结果进行评定1.1测量数据的质量51.1测量数据的质量•计量型数据的质量–均值与真值（基准值）之差–方差的大小•计数型数据的质量–对产品特性产生错误分级的概率6重复性偏倚可接受不可接受可接受不可接受既准确又精确准确但不精确不准确但精确既不准确也不精确71.2检定或校准能否取代MSA？•也许有人认为，量具定期进行检定或校准就够了，不必进行麻烦的测量系统分析，此观点谬矣。检定或校准解决的是某量具是否合格的问题，而测量系统分析解决的是某测量系统能否用来判断产品合格，或用来判断生产过程是否稳定。两者作用各不相同，谁也取代不了谁。例如，通过测量系统分析发现，某家企业至少有一半以上的工序是用不了控制图的，这就是明证！81.3MSA手册的目的•本手册的目的是为评价测量系统的质量提供指南，主要关注的是能对零件进行重复读数的测量系统。但第三版也简单介绍了复杂测量系统的评定。•本手册主要针对的是工业生产中测量系统的分析，并不针对所有的测量系统。92术语2.1测量系统（MeasurementSystem）：•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。•根据此定义，我们可以把测量过程看成制造过程，这个过程输出的不是产品而是数据，仅此差别而已，这样我们就可以利用在SPC中学到的研究制造过程的方法来研究分析测量过程。术语很重要！102术语2.2分辨力（Discrimination）•（别名）又称昀小可读单位，分辨力是测量分辨率、刻度限值或测量装置和标准的昀小可探测单位。它是量具设计的一个固有特性，并作为测量或分级的单位被报告。数据分级数通常称为“分辨力比率”，因为它描述了给定的观察过程变差能可靠地划分为多少级。112术语2.3分辨率（Resolution）•可用作测量分辨率或有效分辨率。测量系统探测并如实显示被测特性微小变化的能力。（参见分辨力）2.4有效分辨率（EffectiveResolution）•考虑整个测量系统变差时的数据分级大小叫有效分辨率。基于测量系统变差的置信区间长度来确定该等级的大小。通过把该数据大小划分为预期的过程分布范围能确定数据分级数（ndc）。对于有效分辨率，该ndc的标准（在97%置信水平）估计值为1.41[PV/GRR]。122术语2.5基准值（ReferenceValue）•被承认的一个被测体的数值，作为一致同意的用于进行比较的基准或标准样本：一个基于科学原理的理论值或确定值；一个基于某国家或国际组织的指定值；一个基于某科学或工程组织主持的合作试验工作产生的一致同意值；对于具体用途，采用接受的参考方法获得的一个同意值。该值包含特定数量的定义，并为其它已知目的自然被接受，有时是按惯例被接受。132术语2.6真值（Truevalue）•物品的实际值，是未知的和不可知的。2.7偏倚（偏移，Bias）•测量的观测平均值（在可重复条件下的一组试验）和基准值之间的差值。传统上称为准确度。偏倚是在测量系统操作范围内对一个点的评估和表达。基准值偏倚观测平均值142术语2.8稳定性（Stability）•是偏倚随时间变化的统计受控，又称漂移。时间基准值152.8稳定性Stability•测量系统两种稳定性–一般概念：随时间变化的测量稳定性，给定零件或标准零件随着时间的变化系统偏倚的总变差，是定量概念。–统计稳定性概念：测量过程的统计稳定性，测量系统只存在普通原因的变差，而没有特殊原因的变差，是定性概念。•在测量系统稳定状态时，评价该系统的重复性、再现性才更有意义162术语2.9线性（Linearity）•测量系统预期操作范围内偏倚误差值的差别。换句话说，线性表示操作范围内多个和独立的偏倚误差值的相关性。基准值偏倚较大观测平均值基准值偏倚较小观测平均值操作范围较低的部分操作范围较高的部分172术语2.10重复性（Repeatability）•在确定的测量条件下，来源于连续试验的普通原因随机变差。通常指设备变差（EV），尽管这是一个误导。当测量条件固定和已定义时，即确定零件、仪器标准、方法、操作者、环境和假设条件时，适合重复性的昀佳术语为系统内变差。除了设备内变差，重复性也包括在特定测量误差模型下条件下的所有内部变差。重复性182术语2.11再现性（Reproducibility）•测量过程中由于正常条件改变所产生的测量均值的变差。一般来说，它被定义为在一个稳定环境下，应用相同的测量仪器和方法，相同零件（被测体）不同评价人（操作者）之间测量值均值的变差。这种情况对受操作者技能影响的手动仪器常常是正确的，然而，对于操作者不是主要变差源的测量过程（如自动系统）则是不正确的。由于这个原因，再现性指的是测量系统之间和测量条件之间的均值变差。操作者A再现性操作者C操作者B192术语2.12GRR或量具R＆R（GageRepeatability&Reproducibility）•一个测量系统的重复性和再现性的合成变差的估计。GRR变差等于系统内和系统间变差之和。系统内：设备变差系统间：评价人变差203测量过程•测量：赋值给具体事务以表示它们之间关于特定特性的关系。•赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。–测量结果由一个数字和一个标准的测量单位构成。–测量结果是测量过程的输出。•应将测量看成一个制造过程，它产生数据作为输出。人、设备、材料方法、环境测量过程数据输入输出213.1测量系统的统计特性•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相一致。一个能产生理想测量结果的测量系统，应具有零方差、零偏倚和对所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。遗憾的是，具有这样理想统计特性的测量系统几乎不存在，因此过程管理者必须采用具有不太理想统计特性的测量系统。一个测量系统的质量经常用其多次测量数据的统计特性来确定。223.1测量系统的统计特性•对于一个产品或生产过程来说，测量系统并非分辨率越高越好，因为分辨率越高，对环境的要求越苛刻。再如，如果表面粗糙度达不到要求，高分辨率也没有意义。期望的统计特性应包括：(1)足够的分辨率和灵敏度。为了测量的目的，相对于过程变差或公差，测量的增量应该很小，通常按1：10经验法则。表明仪器分辨率把过程变差（公差）分成10份，这是选择量具的昀低起点。233.1测量系统的统计特性（2）测量系统应是统计受控的。仅有普通原因而不是特殊原因造成。（3）对于过程控制：测量系统的变异性（Variability）比过程变差要小很多。根据制造过程总变差（6σ）或来自MSA研究的总变差（TV）来评价测量系统（4）对于产品控制：测量系统的变异性应比公差小得多。根据产品特性的公差来评价测量系统。243.2测量过程的变差源•测量过程的变差源主要有六个方面，即S：标准，W：工件，I：仪器，P：人/程序，E：环境。这可以认为是全部测量系统的误差模型。标准工件测量数据的变差仪器人程序环境25测量系统的变差—因果图测量系统变差工件（零件）几何形状弹性性质材料内部相关特性变形表面粗糙度操作测量点定位夹紧强度仪器/量具制造工艺确认制造变差公差维护维修校准检定坚固性设计再现性敏感性一致性重复性稳定性线性均匀性环境工厂照明粉尘空气污染湿度噪声现场清洁温度热膨胀空气流照明阳光人工照明稳定-系统部件零件温度环境温度电磁干扰稳定性弹性性质热膨胀系数标准标准溯源性基准检查标准接收准则刻度人员限制教育的体力的工作态度责任心操作技能目视标准程序作业指导书控制计划理解培训经验岗位培训263.3测量过程变差对决策的影响•即使是用同一个量具多次测量同一个零件的同一特性，其结果也会不同，这说明测量系统存在变差。生产过程中的测量结果通常有两个用途：1、产品控制：判断产品合格与否;2、过程控制：判断生产过程是否稳定、若稳定其过程能力/过程能力指数是多少？是否可接受？下面分别看一下测量变差对决策的影响。273.3测量过程变差对决策的影响⑴对产品控制决策的影响•在产品控制中，如果测量系统不能满足要求，其影响是导致做出错误的判断，即：将合格品判为不合格品（一类错误，见图1），或者将不合格品判为合格品（二类错误，见图2）28⑴对产品控制决策的影响图2测量过程的分布产品公差上限零件尺寸分布29⑴对产品控制决策的影响•将测量判断划分为三个区间，如图3。按图中所示:–I区：坏零件总是判为坏的;–II区：可能做出潜在错误的判断;–III区：好零件总是判为好的。IIIIIIIII公差下限公差上限目标值30⑴对产品控制决策的影响为了昀大限度地做出正确的判断，可以有两个选择：•一是改进生产过程：减少生产过程的变差，没有零件落在II区;•二是改进测量系统：减少测量系统变差从而减小II区，因此生产的所有零件将在III区，这样就可使做出错误决定的风险降至昀低。31对于过程控制，希望能知道：过程是否受控、过程均值是否对准目标值、过程能力是否可接受。如果测量系统变差过大，会导致做出错误决策：将普通原因(偶因)判为特殊原因(异因);将特殊原因(异因)判为普通原因(偶因);过低估算过程能力指数。•前两者在SPC中已有叙述，下面看一下第三种情况：⑵对过程控制决策的影响32⑵对过程控制决策的影响•σ2obs=观测过程方差，σ2actual=实际生产过程方差，σ2msa=测量系统方差•而计算CPk用的是σobs，因此会过低估算过程能力指数。msaactualobs22233⑵对过程控制决策的影响•图4说明了测量系统变差将使CP的观测值降低多少。观测的CP值实际的CP值测量系统变差占观测变差的百分比34⑵对过程控制决策的影响•例如：在采购生产设备时使用的（高等级）测量系统的GRR为10％且实际过程Cp为2.0的情况下，在采购时观测过程Cp将为1.96。这一过程是在生产中用生产量具研究时，如果生产量具的GRR为30％且实际过程Cp仍是2.0，那么观测的过程Cp为1.71。354测量系统分析的基础4.1进行测量系统分析时应具备的条件⑴测量系统必须有足够的分辨率•可接受的分辨率应小于公差或制造过程变差（6σ）的十分之一（究竟按那个来确定分辨率，根据数据是用来进行产品控制还是进行过程控制），否则会做出很多错误的判断。图5显示的是用两个不同分辨率的测量系统测量同一过程的控制图。•左面的控制图没有超限的点，而右图严重失控，这是因为对数据4舍5入而对数据进行错误分级的结果。36⑴测量系统必须有足够的分辨率4.1进行测量系统分析时应具备的条件37⑴测量系统必须有足够的分辨率•如果不能测量出过程的变差，这样的分辨率用于过程分析是不可接受的，如果不能测量出特殊原因导致的变差，这个测量系统用于过程控制也是不可接受的。如图5中，右图显示，很多子组的极差为零，使得平均极差很小，算出的过程变差过窄，导致过程能力指数看起来很大。如某企业的过程能力指数竟然为12。⑵测量过程必须统计稳定•如同计算制造过程的过程能力之前必须判稳一样，计算测量系统变差也要求统计稳定，判稳可用控制图法。4.1进行测量系统分析时应具备的条件384.2测量系统变差的类型•测量数据的质量用偏倚（位置变差）和方差（宽度变差）来评价，但考