MSA--测量系统分析(PPT46)(2)

MSA–测量系统分析1.通用测量系统指南2.测量系统分析1通用测量系统指南——1.1引言、目的和术语测量数据的用途•依据测量数据调整制造过程•确定两个或多个变量之间是否存在某种显著关系测量数据的质量如果测量数据与标准值很接近，则可以说这些测量数据的质量“高”；如果测量数据远离标准值，则可以说这些测量数据的质量“低”；低质量最普通的原因之一是数据变差太大。一组测量的变差大多是由于测量系统和它的环境之间的交互作用造成的（如温度变化对液体容积的影响）。如果这种交互作用产生太大的变差，那么数据的质量会很低，以致这些数据是无用的。例如，一个具有大量变差的测量系统，用来分析一个制造过程，可能是不恰当的，因为这一测量系统的变差，可能会掩盖制造过程中的变差。管理一个测量系统的许多工作是监视和控制变差。这就是说，应着重于环境对测量系统的影响，以获得高质量的数据。如果数据的质量是不可接受的，则必须改进，通常是通过改进测量系统来完成，而不是改进数据本身。1.1引言、目的和术语测量过程术语“测量”定义为“赋值给具体事物以表示它们之间关于特殊特性的关系”。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。应将一种测量过程看成一个制造过程，它产生数字（数据）作为输出。目的本手册的目的是介绍选择各种方法来评定测量系统质量的指南。尽管这些指南足以通用于任何测量系统，但它们主要用于工业界的测量系统。术语量具：任何用来获得测量结果的装置；经常用来特指用在车间装置；包括用来测量合格/不合格的装置。测量系统：用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合；用来获得测量结果的整个过程。1.2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。每次测量结果应该与一个标准值相符。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，具有这样理想的统计特性的测量系统几乎在存在的，因此过程管理者必须采用具有不太理想的统计特性的测量系统。一些特性是所有测量系统必须共有的，它们包括：…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。…2）测量系统的变异必须比制造过程的变异小；…3）变异应小于公差带；…4）测量精度应高于过程变异和公差带两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变异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，则测量系统最大的（最坏）变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者。1.3选择/制定试验程序当选择或制定一个评定方法时，一般应考虑的问题包括：1）试验中是否应使用诸如那些可溯源至NIST的标准？标准经常是评定一个测量系统的准确度所必须的。2）考虑使用盲测。盲测是指在实际测时环境下，在操作者事先不知正在对该测量系统进行评定的条件下，获得的测量结果。3）试验成本;4）试验所需的时间;5）任何其定义没有被普遍接受的术语应作出可操作的定义。这些术语如准确度、精度度、重复性和再现性等。1.3选择/制定试验程序6）是否由这个测量系统取得的测量结果要与另外一个测量系统得到的测量结果对比？如果对比，应考虑使用依赖诸如上面第一步讨论的标准试验方法。如果不用标准，仍有可能确定两个测量系统是否可经同时正常工作。然而，如果两个系统一起工作不正常，那么不用标准，就不可能确定哪个系统需要改进；7）应每隔多久进行一次？这个问题应由单个测量系统的统计特性及其对该设备影响和使用该设备进行生产的顾客来决定。2评定测量系统的程序——2.1引言本章中介绍的程序广泛用于整个汽车工业，以评价用于生产环境中的测量系统，特别是这些程序用于评定下列统计特性；重复性、再现性、偏倚、稳定性及线性。测量有关的问题在评价一个测量系统时需要确定三个基本问题：1）这种测量系统有足够的分辨力吗？2）这种测量系统在一定时间内是否在统计上保持一致？3）这些统计性能在预期范围内是否一致，并且用于过程分析或控制是否可接受？测量系统变差的类型测量系统误差可以分成五种类型：偏倚，重复性，再现性，稳定性以及线性。2评定测量系统的程序——2.1引言定义偏倚是测量结果的观测平均值与基准值的差值。基准值，也称为可接受的基准值或标准值，是充当测量值的一个偏倚一致认可的基准，一个基准值可以通过采用更高级别的测量设备（例如，计量实验室或全尺寸检验设备）进行多次测量，取其平均值来确定。基准值观测的平均值偏倚重复性重复性是由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。2评定测量系统的程序——2.1引言重复性再现性再现性是由不同的评价人，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。2评定测量系统的程序——2.1引言操作者B操作者C操作者A再现性稳定性稳定性（或飘移），是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。2评定测量系统的程序——2.1引言稳定性时间2时间1线性线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。2评定测量系统的程序——2.1引言象每个过程一样，对用来描述测量系统变差的分布可以赋予下列特性：1）位置·稳定性;·偏倚;·线性。2）宽度或范围·重复性；·再现性。2.2测量系统的分析稳定性使用控制图来确定统计稳定性。控制图可提供方法来分离影响所有测量结果的原因产生的变差（普通原因变差）和特殊条件产生的变差（特殊原因变差）。控制图法可在质量与统计过程控制（SPC）一书中找到。需要着重指出的是，使用控制图时，我们不仅必须注意落在控制限以外的点，还应注意其他特殊原因信号如趋势和中心线附近的点。这些信号的出现及控制限外一点或多点都表明“失控”或不稳定状态。研究测量系统稳定性的一个方法是按常规画出基准或基准件重复读数的平均值和极差(X-R控制图)。从这种分析中可以确定，例如，失控信号是需要校准测量系统的标志。还有可能由于基准或基准件变脏而出现失控信号。无论哪种情况，包含在控制信号内的信息的解释取决于对过程的了解。用于测量系统控制图的样本容量及抽样频率的确定也应依赖于对测量系统的了解。主要考虑的还是使用过程中测量系统所有的外部条件。例如,如果确信使用者在使用系统之前提供足够的预热时间,则应预热后才进行抽样。2.2测量系统的分析——稳定性确定稳定性用指南确定稳定性用指南包括以下内容：1）获取一样本并确定其相对于可追溯标准的基准值。如果不能得到，则选择一个落在产品测量中程数的产品零件，并指定它作为标准样本进行稳定性分析。对追踪测量系统的稳定性不需要的一个已知基准值；可能需要具备预期测量的最低值、最高值及中程数的标准样本。建议对各样本单独测量并作控制图。2）定期（天，周）测量基准样品3至5次。样本容量和频率应基于对测量系统的了解。因素包括要求多长时间重新校准或维修，测量系统使用的频率，以及操作条件如何重要。读数应在不同时间读取以代表测量系统实际使用的情况。这些还包括预热，环境或其它在一天内可能变化的因素；3）在X＆R或X＆s控制图中标绘数据；4）确定每个曲线的控制限并按标准曲线图判断失控或不稳定状态；5）计算测量结果的标准偏差并与测量过程偏差相比较，确定测量系统的重复性是否适于应用。2.2测量系统的分析——稳定性偏倚为了在过程范围内指定的位置确定测量系统的偏倚，得到一个零件可接受的基准值是必要的。通常可在工具室或全尺寸检验设备上完成。基准值从这些读数中获得，然后这些读数要与量具R＆R研究中的评价人的观察平均值（定为XA，XB，XC）进行比较。如果不可能按这种方法对所有样件进行测量，可采用下列替代的方法：1）在工具室或全尺寸检验设备上对一个基准件进行精密测量；2）让一位评价人用正被评价的量具测量同一零件至少10次；3）计算读数的平均值。基准值与平均值之间的差值表示测量系统的偏倚。如果需要一个指数，把偏倚乘以100再除以过程变差（或容差），就把偏倚转化为过程变差（或容差）的百分比。2.2测量系统的分析——偏倚偏倚如果偏倚相对比较大，查看这些可能的原因：1）基准的误差；2）磨损的零件；3）制造的仪器尺寸不对；4）仪器测量非代表性的特性；5）仪器没有正确校准；6）评价人员使用仪器不正确。2.2测量系统的分析——偏倚偏倚示例偏倚由基准值与测量观测平均值之间的差值确定。为些，一位评价人对一个样件测量10次。10次测量值如下所示。由全尺寸检验设备确定的基准值为0.80mm,该零件的过程变差为0.70mm。X1=0.75X6=0.80X2=0.75X7=0.75X3=0.80X8=0.75X4=0.80X9=0.75X5=0.65X10=0.70观测平均值为测量结果总和除以10X==0.752.2测量系统的分析——偏倚ΣX10偏倚示例2.2测量系统的分析——偏倚基准值X=0.750.80偏倚＝观察平均值－基准值偏倚＝0.75－0.80＝－0.05偏倚占过程变差的百分比计算如下：偏倚％=100[0.05/0.70]=7.1％因此，在量具R＆R研究中使用的厚薄规的偏倚为－0.05mm。这意味着测量观测值平均比基准值小0.05mm，是过程变差的7.1％偏倚％＝100[偏倚/过程变差]确定偏倚用指南独立样本法1）获取一样本并确定其相对可追溯标准的基准值。如果不能得到，则选择一个落在产品测量中程数的产品零件，并指定它作为标准样本进行偏倚分析。在工具间测量该零件10次，并计算这10次读数的平均值。把这个平均值作为“基准值”；可能需要具备预测量的最低值、最高值及中程数的标准样本。每个样本都要求单独分析。2）让一位评价人以通常的方法测量该零件10次；3）计算这10次读数的平均值；4）通过该平均值减去基准值来计算偏倚：偏倚＝观测平均值－基准值过程变差＝6σ偏倚％＝偏倚/过程变差2.2测量系统的分析——偏倚确定偏倚用指南图表法如果用X＆R图表测量稳定性，这些数据也可用来评价偏倚。1）获取一样本并确定其相对可追溯标准的基准值。如果不能得到则选择一个落在产品测量中程数的产品零件，并指定它作为标准样本进行偏倚分析；在工具间测量零件10次，并计算这10次读数的平均值。把这个平均值作为“基准值”。2）从图表中计算值；3）通过X减去基准值来计算偏倚：偏倚＝X－基准值过程变差＝6σ极差偏倚百分比＝偏倚/过程变差2.2测量系统的分析——偏倚确定偏倚用指南分析如果偏倚较大，查找以下可能的原因：1）标准或基准值误差，检验校准程序；2）仪器磨损。主要表现在稳定性分析上，应制定维护或重新修理的计划；3）制造的仪器尺寸不对；4）仪器测量了错误的特性；5）仪器校准不正确。复查校准方法；6）评价人操作设备不当。复查检验说明书；7）仪器修正计算不正确。2.2测量系统的分析——偏倚重复性仪器自身以及零件在仪器中位置变化导致的测量变差是重复性误差的两个一般原因。由于子组重复测量的极差代表了这两种变差，极差图将显示测量过程的一致性。如果极差图失控，通常测量过程的一致性有问题。应调查识别为失控的点的不一致性原因加以纠正。如果极差图受控，则仪器变差及测量过程在研究期间是一致的。重复性标准偏差或仪器变差（σe）估计为R/d2，式中R为重复测量的平均极差。仪器变差或重复性将为5.15R/d2，代表正态分布测量结果的99％。d2可从表2中查出。重复性示例从生产过程中选取5件样品。选择两名经常进行该测量的评价人参与研究。每一位评价人对每个零件测量三次，测量结果记录在数据表格上：2.2测量系统的分析——重复性重复性示例2.2测量系统的分析——重复性零件试验1234512345121722021721421621621621621622022162162162122192192162152122203216218216212220X220220216212220X平均值216.3218.0216.3212.7218.3216.3218.3217.3215.7213.3220.0216.9极差1.04.01.02.04.04.04.01.04.00.0R=2.5D3