MSA量测系统概要

量測系統分析概要MeasurementSystemAnalysis康祐電子股份有限公司彙整傅勝東2005.04.01主題探討1.量測系統分析概說2.量測系統變異的類型3.如何進行量測系統分析4.資料的類型5.MSA的解析與對策6.圖形與數字的判讀1.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?1.1.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1.2.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1.3.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0120USLLSL2.什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)2.1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:2.2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)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3.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。4.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、不同的環境、不同的量具或不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。5.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』點與點間的差距•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6.量具的穩定性7.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8.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9.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10.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11.資料收集一般的GaugeR&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)11.1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12.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)123456781234567813.10的法則o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)o最快的方式就是應用10的法則o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14.GaugeR&R分析的建議事項…了解再現性與再生性的關係是有意義的如果再現性遠大於再生性,我們可以考慮維修量具當我們在讀值時,需將量具定位(positioning)量具大於部件的組內變異訓練操作者若再生性遠大於再現性,我們可以考慮訓練操作者校正量具修正(fixturing)GRR量測系統分析GaugeRepeatabilityandReproducibility24目錄1.量測系統構成2.量測系統變異2.1量測系統變異概述2.2測量系統精確度與準確度3.量測系統分析4.GRR實驗方法4.1GRR實驗要求4.2GRR實驗步驟4.3GRR實驗實例4.4量測系統判定251.量測系統構成量測系統1.量具.設備(軟.硬體)2.操作(人員.過程)3.測試環境4.待測試件量測系統包含以下要素:2.1測量系統變異概述量測系統量檢具造成的變異操作員造成的變異量測變異長期產品變動短期產品變異樣本變異實際產品變異觀察到的產品變異實際值實際值測量值2.2測量系統精確度與準確度準確度:平均值mmm=+總量產品衡量測量系統偏差----通過“標定研究”決定測量偏差觀察到的值=主值+測量偏差實際值測量值282.2測量系統精確度與準確度準確度:平均值mmm=+總量產品衡量測量系統偏差----通過“標定研究”決定測量偏差觀察到的值=主值+測量偏差實際值測量值29精確度:變動性222+=總量產品測量衡量系統變動性-通過“R&R研究”決定2.2測量系統精確度與準確度觀察到的變動性=產品變動+衡量的變動實際值測量值303.量測系統分析3.1量測系統鑑別力3.2量測系統變異類型及分析3.2.1再現性3.2.2再生性3.2.3零件間變異3.2.4穩定性3.2.5線性3.3GRR313.1量測系統鑑別力鑑別力:量測系統發現並真實地表示被測特性很小變化的能力如最小量測刻度太大無法辨別被測特性很小變化稱為鑑別力不足,鑑別力不足可以在R-Chart上顯現出來.圖1圖21.量測系統鑑別力不足,導致只有1~3個值落在管制界限內或1/4R=0如圖1所示.2.量測系統鑑別力足夠,所有的值落在管制界限內.32重複性(Repeatability)重複性又稱為量具變異,是指用同一種量具,同一位作業者,當多次量測相同零件之指定特性時之變異在完全相同的量測條件下,複之量測值間的差異為量測系統本身產生的差異,隨機誤差范疇3.2.1主值良好重復性OK不良重復性NOGOOD主值33重複性(Repeatability)3.2.1重複性(Repeatability)計算:在R-chart圖管制下,再現性的標準差估計值=R/d5.15CC*2C*2=5.15R/d重複性(Repeatability)EV=5.15•其中5.15表示常態分配中具有99%的信賴度(99%的信賴度=)5.15C34再生性(Reproducibility)再生性又稱作業者變異,指不同作業者以相同量具量測相同產品之特性時,量測平均值之變異在量測之條件有所變化下,重複之量測值之間的變異(操作者,裝夾,位置,環境條件,較長的時間段)為外在因素引起之量測系統的變異ReproducibilityOperatorAOperatorB3.2.2檢查員B檢查員C檢查員A檢查員B檢查員C檢查員A主值OperatorC35再生性(Reproducibility)計算:再生性的標準差估計值o*2再生性(Reproducibility)AV1=5.155.15o再生性(Reproducibility)3.2.2OperatorAOperatorBOperatorC=(Xmax-Xmin)/do*2=5.15(Xmax-Xmin)/d因以上計算變異包含量測系統的影響所以必須進行修正:AV=(AV1)-(EV)/(nr)22•n零件數•r量測次數363.2.3零件間變異X-Chart圖分析:圖1圖2•若測量平均值全部落在管制界限內,則零件變異隱藏在再現性之內,且量測變異支配制程變異------如圖1•反之若測量平均值過半落在管制界限外,則此量測系統適用------如圖2此時可以計算出零件變異p*2=Rp/d零件間的標準差:零件間變異:PV=5.15p37對於量測系統長期測量相同的GoldenSample的均值和標準偏差來說，測量值的分佈應保持一致沒有漂移、突然變化、等…,並可以預測。可以用量測系統不同時間測量相同的GoldenSample的測量值繪製X-Chart圖進行管制.如果失去管制則表示量測系統須校正或維修.3.2.4穩定性時間2主值(參考標準)時間1383.2.5線性線性:在儀器能力的範圍內衡量準確度和精確度的差別。Y軸是相對主讀數的偏差，當量具測量值為主讀數時，所有的點應在0線上。X軸是用量具測量所有產品所得到的測量值的整個範圍。O量具1:線性分佈有問題O準確度測量值量具2:線性分佈沒問題準確度測量值線性分佈有問題可能原因:1.量測系統的量測範圍內的高端,低端的校正不適當2.量測系統磨損3.量測系統設計不適合測量被測特性393.3GRRGRR:GaugeRepeatabilityandReproducibility量具的重複性與再生性目的:評估一個量測系統的量測能力,並以此統計分析結果作為對操作者.量測設備變異狀況之改善參考3.3.1什麼叫GRR222+=2222=++測量系統產品總量產品總量產品變異性（實際變異性）測量變異性總體變異性（觀察到的變異性）重復性再現性3.3.2GRR統計意義413.3.3GRR計算(一)再現性:EV(設備變異)再生性:AV(量測員變異)再現性&再生性:R&R=AV+EV22零件變異:PV總變異:TVTV=R&R+PV22%EV=100(EV/TV)%%AV=100(AV/TV)%%R&R=100(R&R/TV)%423.3.3GRR計算(二)解決測量誤差占公差的百分比。最佳情況:10%可接受的情況:30%既包括重復性，也包括再現性。PT公差/.*=515R&R公差=USL-LSL量測能力指標:精確度與公差的比LSLUSL實際值測量值(TV)量測變異(R&R)%R&R用於證明衡量系統是否能夠測量出觀察到的總的過程變動:%P/T用於證明衡量系統是否能夠測量