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测量系统分析(MeasurementSystemsAnalysis)卓一企业管理顾问有限公司主題探討量測系統分析概說量測系統變異的類型如何進行量測系統分析資料的類型MSA的解析與對策圖形與數字的判讀量測系統分析概說製程中所獲取的任何數據及量測資料都是『真值』嗎?如果你相信……那麼它們的品質(精確性)有多好?你的依據為何?客戶也認同嗎?如果你不相信……勢必後續的分析，這些資料都不適用，那麼你又該怎麼辦?量測系統分析概說什麼是量測系統分析在量測過程中所得到的『量測值』絕不會是『真值』，因為量測者所讀取的數據包含了『真值』以及量測的『變異』量測系統分析(MSA)提供一種系統性的方法，以鑑別出整體的製程變異中，有多少是來自於量測系統的變異觀察值=實際值+量測誤差量測系統分析概說為什麼要進行量測系統分析確認目前的量測系統是否可接受獲得精確的量測資料找出量測系統的變異源確認改善量測系統的方向透過量測系統收集流程中所有的資訊，同時也依據它作為系統修正的依據量測系統分析概說一個好的量測系統應具備1.適當的鑑別度(Discrimination)及敏感度(Sensitivity)2.在統計管制內3.量測系統變異相對於規格限制必須要小4.有效的解析度，且變異相對於製程變異必須要小测量系统所应具有之统计特性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。测量系统的变差必须比制造过程的变差小。变差应小于公差帶。1测量精度应高于过程变差和公差帶两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变差和公差帶两者中精度较高者的十分之一。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帶两者中的较小者。2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)初级标准第二级标准(从第一级标准传送到第二级标准)工作标准(从第二级标准传送到工作标准)又叫生产标准30120USLLSL什麼是量測系統變異我們的量測系統是否變異太大，而無法發現目前流程的變異水準?σ2量測變異(GRR)=σ2再生性(AV)+σ2再現性(EV)σ2總變異(TV)=σ2部品變異(PV)+σ2量測變異(GRR)量測系統變異的類型你可以利用魚骨圖，找出可能造成量測系統變異的因素!S.W.I.P.E.量測系統的變異PersonWorkpieceStandardInstrumentEnvironment量測系統變異的來源: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：明白该测量过程並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着的影响，例如温度、湿度等，以決定其使用之空间及环境。4量測系統變異的類型觀察到的流程變異短期的流程變異樣本內的變異因條件改變所產生的變異再生性(Reproducibility)長期的流程變異實際流程的變異量測的變異相同條件下量測同一項目所產生的變異再現性(Repeatability)準確性(Accuracy)穩定性(Stability)線性(Linearity)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。5各项定义量具: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,(监视和测量)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。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。6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。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。7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”线性：指测量系统在预期的工作范围内偏倚的变化。8量测系统之测试方法应有书面化程序范例选择量测项目之规格及执行测试的环境。规定数据收集、记录及分析之方式。定义重要条件及原则之作业方式。追溯之标准选择/制定检定方法当选择或制定检定方法时，一般考虑之因素如下：(1)是否使用可追溯国家标准之标准？其适用标准是何级水准？标准通常为评估量测系统精确度之基本。在阶段二评估测试时，应采用盲目测量或是易于取得量测值的方式。所谓盲目测试是指当作业者执行量测时，事先不知被测物是否有任何不同，而在实际的量测环境下执行量测。选择/制定检定方法(1)检定之成本。(2)检定所需之时间。(3)对于非众所皆知的条文应予以定义，如再现性、再生性….等。(4)是否此量测系统所取得之量测将用以比较其它量测系统所取得之量测？如是，则其中之一的量测系统应考虑采用可追溯(1)项标准之检定方法。阶段二评估之频率，应视该量测系统之统计特性对设施之重要性而定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。9量測值的平均與實際值的平均差異就是變異的程度.經由最準確的量測設備量測所得到的實際平均值是最好的.實際值的平均量測值的平均準確性量具的準確性再現性=“獲得一致性的結果”操作者在一段相對短的期間內，使用相同的量測儀器，對同一零件的同一特性量測多次，所得到的量測變異。量具的再現性相同量測條件時重覆量測的變異也就是管制圖上RChart的『組內變異』再現性在一段相對短的期間內，因不同的操作者、相同的環境、相同的量具或相同的設定等條件的改變，量測同一零件的同一特性，所得到量測平均值的變異。量具的再生性ABC再生性不同量測條件間量測的變異。也就是管制圖上X-barChart的『組間變異』再生性指作业者变异是定值，由－CHART中比较每一平均值可发现。再生性或作业者变异之估计标准差作业者变异或再生性为某一作业者最大平均全距与最小平均全距之差，但再生性受量具变异之影响，故必须减去量具变异，即调整后n:零件数r:量测次数•對同一量具在不同時間點量測相同部件所獲得的至少兩組量測值之平均差異代表其穩定性。Time1Time2穩定性量具的穩定性為什麼了解量測系統變異很重要?如果量測系統的變異很大,會增加下列事件發生的機率:規格範圍內的產品會被拒絕,而且規格外的產品可能會被接受重點是,我們必須知道實際的流程變異中,量測變異到底有多大,而且這個變異有多少是因為量測系統所造成的量測系統變異必須加以驗證量測系統變異可能扭曲真正的製程能力量測系統的變異愈高,觀測值相對於真值的分散程度也愈大-4-3-2-101234LSLUSL真值觀測值對不適合的量測單位我們應採取什麼行動?若量測儀器允許,應儘可能量測或讀取小數點以下數位的值有時量測單位太大或簡易，使量測者為避免(他們相信的)讀取噪音(noise)，而在量測時縮短的某部分的水平應尋求量測單位較小(精度較小)的量測儀器不適切的量測單位這是最基本的量測系統問題之一且並不需要特別的研究就可以發現同時可藉由繪製流程輸出的結果(推移圖),輕易的發現鑑別力不夠是因為量測單位太大,而失去統計分析的效果,即當量測單位大於流程的標準差時,表示量測的鑑別力不夠連續型資料量測系統的一般性問題量測單位若太大,則無法適切的反映出目前的變異量測系統的鑑別力不夠,是由於量測的進位(round-off)太大不合適的量測單位(measurementunits)1234567812345678R&R之分析決定研究主要变差形态的对象.使用「全距及平均数」或「变差数分析」方法对量具进行分析.于制程中随机抽取被测定材料需属统一制程.选2-3位操作员在不知情的狀況下使用校验合格的量具分別对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(作业员应熟悉並了解一般操作程序,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.1010的法則若量測系統要有效的偵測流程變異它必須要具備足夠的鑑別力(Adequatelevelofdiscrimination)最快的方式就是應用10的法則量具必須能夠將流程的容差(processtolerance)區分為至少十個刻度(incrementsteps),如下圖所示容差(Tolerance)量具的最大精度1.0000.1000.1000.0100.0100.001規格上限10個以上的刻度規格下限针对重要特性(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),以避免量具的鉴別力不足，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。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),依公式计算並作成-R管制图或直接用表计算即可11資料收集一般的GageR&R研究需符合下列條件要求：2~3位操作者量測10個部件每次量測重複2~3次如此可以讓我們計算以下的量測變異：個別操作者及量具的組內變異(再現性)不同操作者的組間變異(再生性)資料收集(續)1.使用實際的生產設備2.人員為經常使用該設備的操作員3.以經常使用的量具進行量測4.依據計劃進行資料收集5.在現場(shopfloor)進行為了獲取量測系統的實際變異(realmeasurementsystem)-我們要在實際的流程中執行量測儘可能依日常的活動(Businessasusual)來進行這個步驟结果分析:当重复性(AV)变差值大于再现性(EV)时.量具的结构需在设计增強.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.当再现性(EV)变差值大于重复性(AV)时.作业员对量具的操作方法及数据读取方式应加強教育,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,並作记录.12测量系统R&R分析(均值——极差法)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)。研究R&R的前提是测量系统已经过校准，而且其偏倚、线性及稳定性已经过评价并认为可接受。13MSA圖形解說分析%Tolerance=5.15*GRR/(USL-LSL)30%(與規格公差比)%GRR=(GRR/TV)30%(與總變異比)LSLUSL總變異TV=PV+GRR零件變異PV量測變異GRR類別型態1型態2型態3型態4%StudyVar30%30%30%30%%Tolerance30%30%30%30%判定OK改善量測改善零件數據收集及改善量測可考量縮小公差或不改善型態1型態2型態3型態4LSLUSLUSLUSLUSLLSLLSLLSL改善量測改善量測改善零件分佈%StudyVar=(GRR/PV)30%(與零件變異比)22以下举一典型情况说明此方法1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。1.1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。再以随机顺序重复上述测量r次(如2~3次)。142数据处理2.1极差计算。时，，查表，当可根据试验次数，计算控制限（总平均极差极差计算每个操作者的平均次测量的极差各个分别计算每个操作者对07)4(;/)...)3(;,......,,,)2(;,......,2,1;,,)1(34334Drr