MSA测量系统分析第三版1企业版

1测量系统分析MSAMEASUREMENTSYSTEMANALYSIS伍建华2一、引言二、测量系统的组成三、变差的来源四、变差的类型五、测量系统分析之准备六、如何进行测量系统分析七、计量型测量系统分析-示范八、计数型测量系统分析-示范九、复杂的或非重复的测量系统的实践目录3测量数据的质量测量数据质量由在稳定条件下运行的某一测量系统得到的多次测量结果的统计特性确定。例如，假定用在稳定条件下运行的某测量系统，得到某一特性的多次测量数据。如果这些测量数据与这一特性的材料值都很“接近”，那么可以说这些测量数据的质量“高”，类似地，如果一些或全部测量数据“远离”标准值，那么可以说这些数据的质量“低”。4低质量数据最通常的原因之一是数据变差太大。一组测量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。例如，测量某容器内流体的容积，使用的测量系统可能对它周围的环境温度敏感，在这种情况下，数据的变差可能由于其体积的变化或周围温度的变化，使得解释这些数据很困难，因此这一测量系统是不理想的。5术语测量：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。这个定义由Ｃ．Eisenhart（1963）首次提出。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。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。根据定义，一个测量过程可以看成是一个制造过程，它产生数值（数据）作为输出。这样看待测量系统是有用的，因为这可以使用权我们运用那些早已在统计过程控制领域证明了有效性的所有概念、原理和工具。6标准用于比较的可接受的基准用于接受的准则已知数值，在表明的不确定度界限内，作为真值被接受基准值一个标准应该是一个可操作的定义：由供应商或顾客应用时，在昨天、今天和明天都具有同样的含义，产生同样的结果。术语7●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术语8●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√未知的和不可知的术语9二、测量系统的组成：标准：零件：仪器：人/程序：环境SWIPE测量数值分析输入输出可接受可能可接受须改善测量系统10三、变差的来源(一)仪器(量具)工作件(零件)扩大测量系统变异变异性敏感性接触几何变形效应一致性单一性重复性再现性使用假设稳健设计偏移线性稳定性校准预防性维护维护创建公差发展的变异发展设计变异－夹持－位置－测量站－测量探测器相互关连的特性清洁适合的数据工作的定义弹性变形质量弹性特性支撑特性隐藏的几何可追溯性校准热扩散系数弹性特性人员/程序环境教育身体的限制程序目视标准工作规定工作态度经验培训经验培训理解技能人因工程照明压力振动空气污染几何的兼容性阳光人工光阳光阳温度人员空气流程热的系统平等化－系统构成要素周期标准与环境的关系标准11三、变差的来源(二)产品变差(实际变差)测量变差总变差(观测变差)12五、变差的类型：(一)位置变差(LocationVariation)(二)宽度变差(WidthVariation)(三)测量系统变差(MeasurementSystemVariation)位置(Location)宽度(Width)13(一)位置变异准确度(Accuracy)：指一个或多个量测结果的平均数与参考值之间一致的接近程度。14偏倚(Bias)偏倚(Bias)：通常被称为「准确度」，但「准确度」有多种解释，建议不要用准确度来代表偏倚。偏倚是指对相同零件上同一特性观测平均值与真值（参考值）的差异。偏倚(Bias)VAVTVT：真值（可由较高等级量具多次测量的平均值）VA：测量平均值15稳定性(Stability)稳定性(Stability)：又称漂移(Drift)，指经过一段长期时间下，用相同的测量系统标准，对同一基准或零件的同一特性进行测量所得到的总变差。时间16线性(Linearity)线性(Linearity)：线性是在测量设备预期工作（测量）量程内，偏倚值的差异。可视为偏倚对量程大小不同所发生的变化。数值A偏倚数值B偏倚17(二)宽度变异精确度(Precision)：测量系统整个作业量程范围内(尺寸、范围和时间)的解析度（分辨力）、敏感度和重复性的最终影响。18重复性(Repeatability)重复性(Repeatability)：又称设备变差(EquipmentVariation，EV)是用一个评价人使用相同的测量仪器，对同一个零件上的同一特性进行多次测量所得到的变差，它是设备本身的固有变差。重复性参考值19再现性(Reproducibility)再现性(Reproducibility)：又称评价人之间的变差(AppraiserVariation,AV)，用不同评价人使用相同的测量仪器，对同一产品上的同一特性，进行测量所得到的平均值的变差。再现性评价者A评价者C评价者B20流程表現準確度-均值的位置精密度-分布寬度的程度(變差或SD)++++21理解分辨率测量一个硬币的厚度-哪个测量系统对这三个硬币提供更好的变差信息?分辨力:“系统检测并如实显示的参考值的变化量。也可称为可读性或分辨率.”22过程控制图23分辨率不足当极差图出现以下情况时，表示测量系统的分辨率不足：只有一、二或三个极差值可读四分之一以上极差为零选择分辨力按比例小于规范或过程变差，以获得足够的分辨率24分辨率的决定原则推荐分辨力最大为过程分布6σ的十分之一，而不是公差（规范）的十分之一在APQP和测试期间进行量具分辨力的研究研究制造过程或相似过程的极差图，根据前页和范例从不断改进的角度看，公差值的十分之一可能不够。25基准值为了比较的一个一致认可的值—有时也称为：●可接受的值●常规值●指定值●最佳估算值●标准测量●测量的标准26基准件具有非常精确制定的一个或更多特性的一种材料或物质，用于仪器的校准、测量方法的评估或给材料赋值。27国家/国际测量标准一个材料测量，测量仪器，基准件或系统准备去定义、实现、保存或复制一个零件、一个或更多的数量值，为了将它们去和其他测量仪器比较这些标准被一些国家专业机构或国际一致认可的国际性服务机构所承认，作为确定其他所有与数量有关的标准件的值的依据一些例子：--1Kg质量标准--氦-氖激光长度标准--标准量块--铯原子频率标准--100Ω标准电阻--JosephsonArray电压标准--28国家/国际测量标准使用一个可追溯的标准以提供：—比较的共同点—测量系统有效性—测量系统准确性评价—解决零件间的冲突—最直接的验证指导29可追溯标准的局限在破坏性测试中很难使用有些产品特性和过程结果无确定行业或国家标准有些测试没有行业或国家标准在设计和开发、合同评审和APQP期间讨论这些局限性.30选择为了校准可能需要使用非常精密的基准件,其他在实验室内验证的零件和/或相互认同的标准件.这些都是通过最高级别的测量设备评定的最好的产品.比较分析产生精确的数据，将决定为校准而需要的调整数量.内部实验室比较:组织,性能和2个或更多的实验室按照预定的条件对设备的相同或相似的部件的评估.31测量不确定度用于描述测量值的质量的术语测量不确定度是给组成测量系统的变量赋值的所有可能性的总和.总的可能性应衡量并且要与在进行的测量的重要性和关键性相一致.32测量不确定度和校准测量系统的不确定度第一次是通过校准过程而产生。校准允许对测量仪器、测量系统、或标在尺上的刻度值等的指示的误差的评价。33测量不确定度和校准基准件本身,校准和环境以及个人的活动的表现都对测量不确定度有影响.这就是要经鉴定合格的和/或有资格的实验室以及你应接受对你的测量、检验和实验设备要做或已做校准的数据的益处的原因.34五、测量系统分析之准备1.人员和产品（零件）准备确定测量系统中人员，如一个人使用，或几个人共用一个测量仪器；确定测量系统中所检测的产品特性，并选取相应的样本，样本的选取与选择的分析方法有关。35测量系统分析之准备(续)2.基本设备条件(BasicEquipment)分辨力(Discrimination)、分辨率(Resolution)：(1)最小可读单位。(2)10/1的比例法则参考值(ReferenceValue)(1)某一对象可接受的数值(2)常被用来替代真值。真值(TrueValue)(1)某一对象的真实数值。(2)不可知且无法知道。36六、如何进行测量系统分析1.确定测量系统的组成；标准、零件、仪器、人/程序、环境；2.确定该测量系统是否处于统计稳定状态，测量仪器已经过校准，并分析该测量系统的变差来源（定性分析）；3.选择适用的测量系统分析方法：如计量值的偏倚、线性、稳定性、重复性、再现性、计数值的风险分析法、解析法、破坏性测量系统的控制图法、变差分析法等；5.选择样本零件，按照“盲测”的方法收集数据，按照相关软件进行计算。6.与接收准则相比较，如不能接收，则采取相应措施，措施采取后应再次进行测量系统分析。37七、计量型测量系统分析-示范1.偏倚示范：一个制造工程师对量测设备系统进行分析，证明该量测系统应该没有线性误差的考量，所以该工程师只对偏倚进行评价。他在这量测系统范围内选定了一个零件；并对该零件进行量测15次来确定它的参考值。38偏倚数据：(续)測量次數零件編號參考值=16.00量測值偏倚115.8-0.2215.7-0.3315.9-0.1415.9-0.1516.00.0616.10.1716.00.0816.10.1916.40.41016.30.31116.00.01216.10.11316.20.21415.6-0.41516.00.039偏倚数值分析：1.计算n个读值的平均数2.计算重复性标准差：式中d2*可查表得知，g=1，且m=nnXiΣXn1irσ最大值(Xi)-最小值(Xi)d2*40偏倚数值分析：3.确定偏倚的t统计量(t-statistic)偏倚=观测到的平均测量值一参考值tt=4.如果0落在偏倚值附近95%自信度界限内，则偏倚在95%的水平上是可接受的。偏倚--偏倚式中，d2及d2*及v可从附录中查到，令g=1，且m=n，tv,1-/2可以利用标准t分配查到。nσσrb偏倚bσ02122)(tdσdα/v,*b)(tdσdα/v,*b212241偏倚直方图：(续)43210量测值次数15.615.715.815.916.016.116.216.316.442偏倚分析表：(续)n(m)平均值，标准差，标准误差的平均值，測量值1516.0067.2120.0547参考值=16.00，=.05，g=1，d2=3.55统计的t值df显着的t值(2-有尾數的)偏倚偏倚的95%置信度下限上限測量值.115310.8.22514.0067-.1107.1241Xrσbσ432.稳定性示范：某工厂为了确定某一新量测仪器的稳定性是否为可接受，评价人员选定了接近中间值的一个零件。该零件被送到了量测实验室，经量测其参考值确定为6.01。评价人员量测该零件5次，共量测了一个月(20个小组)；收集到所有数据后，画出了&R图。X44稳定性示范：(续)UCL=1.010LCL=00.47791.00.50.0样本全距6.36.26.16.05.95.85.7UCL=6.267LCL=5.7466.02101020样本平均子组451.计算零件每次量测的偏倚，以及平均数。偏倚i,j=Xi,j－（参考值）2.在线性图上划出相对参考值的每个偏倚及偏倚平均数。3.计算并划出最适当的线及该线的自信度区间。