测量系统分析(MSA)培训教材--张中宝

测量系统分析(MSA)2019/8/202课程大纲：测量系统分析的意义和目的；测量系统分析的定义：测量系统、量具、测量、测量过程；测量系统分析的基础知识：测量系统的统计特性：偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性、分辨力计量型测量系统的分析方法1）、偏倚2）、稳定性3）、重复性和再现性（量具R&R分析）极差法、均值-极差法、4）、线性计数型测量系统的分析方法1）、小样法范例：MSA控制程序，常用MSA分析表单和分析软件第一章测量系统分析的意义2019/8/204測量的重要性如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格，不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品或过程特性。因此，要保证测量结果的准确性和可信度,即保证测量数据的质量。PROCESS原料人机法环测量测量结果合格不合格测量2019/8/205为什么要进行测量系统分析即使量具经过检定或校准，由于人、机、料、法、环、测等五方面的原因，会带来测量误差。检测设备的检定或校准不能满足测量的需要。因此，还需要对测量系统进行评价，分析测量结果的变差，从而确定测量系统的质量，以满足测量的需要。2019/8/206测量系统分析的目的运用统计分析方法，确定测量系统测量结果的变差（测量误差），了解变差的来源。从而确定一个测量系统的质量，并且为测量系统的改进提供信息。保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。第二章基本概念和知识2019/8/208测量系统的基本知识和概念测量系统及其统计特性分辨力、稳定性、偏倚、重复性、再现性、线性术语理想的测量系统测量系统的共同特性测量系统的评定步骤和准备2019/8/209术语测量：赋值给具体事物以表示他们之间的关系。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，包括用来测量合格／不合格的装置。测量系统：用来对被测量特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合。2019/8/2010测量系统的组成测量系统人机料法环操作人员量具/测量设备/工装被测的材料/样品/特性操作方法、操作程序测量的环境2019/8/2011测量系统的统计特性通常，使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质量Discrimination分辨力(abilitytotellthingsapart);Bias偏倚(Accuracy准确性);Repeatability重复性(precision精密度);Reproducibility再现性;Linearity线性;Stability稳定性。2019/8/2012分辨力（率）：定义：指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。2019/8/2013分辨率（力）的要求对于计量型的量具的分辨率，应是公差（过程变差的(1/5~1/10)。对于特殊特性，建议的要求是总过程6σ(标准偏差)的十分之一。传统是公差范围的十分之一;2019/8/2014偏倚(Bias)：基准值观测平均值偏倚偏倚：是测量结果的观测平均值与基准值的差值。基准值的取得可以通过采用更高级别的测量设备进行多次测量，取其平均值来确定。2019/8/2015重复性(Repeatability)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。2019/8/2016再现性(Reproducibility)：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。再現性操作者B操作者C操作者A2019/8/2017稳定性(Stability)：稳定性时间1时间2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相同特性时获得的测量值的总变差。2019/8/2018线性(Linearity)：量程基准值观测平均值基准值线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值2019/8/2019测量系统所应具有的特性：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；测量系统的变差应小于公差带；测量精度应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变差和公差带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带两者中的较小者。2019/8/2020第三章计量型测量系统的分析方法2019/8/2021测量系统研究的淮备应预先确定评价人的数量，样品数量及重复读数次数。在此选择中应考虑的因素如下：尺寸的关键性：关键尺寸需要更多的零件和/或试验，原因是量具研究评价所需的置信度。零件结构：大或重的零件可规定较少样品和较多试验。由于其目的是评价整个测量系统，评价人的选择应从日常操作该仪器的人中挑选。样品必须从过程中选取并代表其在整个生产过程中产品变差的全部范围。可能会每一天取一个样本，持续若干天才能满足此要求。由于每一零件将被测量若干次，必须对每一零件编号以便识别。2019/8/2022确保测量方法(即评价人和仪器)在按照规定的测量步骤进行测量。测量应按照随机顺序，以确保整个研究过程中产生的任何漂移或变化将随机分布。评价人员不应知道正在检查零件的编号，以避免可能的偏倚。但是进行研究的分析人员应知道正在检查那一零件，并记下数据。在设备读数中，读数应估计到可得到的最接近的数字。如果可能，读数应取至最小刻度的一半。例如，如果最小刻度为0.0001，则每个读数的估计应圆整为0.00005。分析工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行。每一位评价人员应采用相同方法，包括所有步骤来获得读数。2019/8/20231、稳定性分析: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。可能需要具备预期测量值的最低值、最高值及中程数的标准样本。建议对各样本单独测量并做控制图。2、定期(天、周)测量基准样品3～5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；2019/8/20243、将测量值标记在Xbar-RCHART或Xbar–SCHART上；4、结果分析—作图法计算控制界限,并对失控或不稳定作评估,如果控制图不受控，代表仪器已不稳定，此测量系统是不可接受的，须做维修或调整，维修及调整完后须再做校正以及稳定性的分析。5、结果分析-数据法计算测量结果标准差,并与过程标准差相比较,以评估测量系统的稳定性.不可以发生测量结果标准差大于过程标准差的现象，如果有发生此现象，代表测量的变差大于过程变差，此测量系统是不可接受的。2019/8/2025控制图的判读超出控制界限的点：出现一个或多个点超出任何一个控制界限是该点处于失控状态的主要证据UCLCLLCL異常異常2019/8/2026控制图的判读链：有下列现象之一即表明过程已改变连续7点位于平均值的一侧连续7点上升(后点等于或大于前点)或下降。UCLCLLCL2019/8/2027控制图的判读明显的非随机图形：应依正态分布来判定图形，正常应是有2/3的点落于中间1/3的区域。UCLCLLCL2019/8/2028范例：10/1610/2210/2811/1211/1811/191/156/1910/1211/2012/948.648.448.948.948.948.548.448.747.847.948.148.748.848.647.950.149.048.248.048.648.348.648.348.048.948.049.249.048.347.748.748.448.71/122/133/204/115/206/196/287/607/218/98/2248.248.148.348.048.148.148.348.148.048.247.948.548.748.948.748.448.448.648.648.648.448.348.948.548.648.648.748.748.548.748.748.948.79/79/1110/948.048.147.948.448.648.348.848.948.42019/8/2029252015105049.549.048.548.0SubgroupMeans1X=48.483.0SL=49.16-3.0SL=47.801.00.50.0StDevsS=0.34833.0SL=0.8944-3.0SL=0.000StabilityAnalysisforviscosity2019/8/20301、选取一个样品,并建立可追溯标准的基准值。对样本或标准件测量10次,计算其平均值,将其当成“基准值”.2、由一位作业者以常规方式对样本或标准件测量10次.并计算出平均值,此值为“观测平均值”.2、偏倚分析----独立样本法2019/8/20311、通过采用更高级别的测量设备进行多次（10次）测量，取其平均值作为基准值。2、如果不能按这种方法对所有样件进行测量，可采下列替代的方法：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。让一位评价人用与正被评价的量具同一级别的量具测量同一零件至少十次。计算读数的平均值，即为基准值。基准值的获取方法2019/8/2032计算偏倚:偏倚=观测平均值–基准值过程变差=6σ=T%偏倚=偏倚/过程变差可用公差代替过程变差；6σ=T2019/8/2033范例：塞规0.8+_0.35X1=0.75X6=0.80X2=0.75X7=0.75X3=0.80X8=0.75X4=0.80X9=0.75X5=0.65已知：基准值为0.80mmX10=0.70过程变差为T=0.70(mm);%1.7)70.0/05.0(100%05.080.075.075.0105.710偏倚偏倚XX2019/8/2034偏倚占公差百分比采用同样方法计算，式中用公差代替过程变差。因此，在量具R&R研究中使用的厚薄规的偏倚为-0.05。这意味着测量观测值平均比基准值小0.05，是过程变差的7.1%.基准值0.800.75平均值2019/8/2035参考的偏倚接受准则：a.对测量特殊特性的测量系统，偏倚%≤10%时可接受，偏倚%10%时，不能接受。b.对测量非特殊特性的测量系统，偏倚%≤20%时可接受，偏倚%20%时，拒绝接受。如果偏倚相对比较大，查看这些可能的原因：基准的誤差；磨損的零件；制造的仪器尺寸不对；仪器测量了错误的特性；仪器没有正确校准；评价人员使用仪器不正确。2019/8/20363、重复性和再现性分析分析方法有：极差法；均值-极差法；（常用）方差分析ANOVA。2019/8/2037量具R&R分析（均值-极差法）（常用）1）取得包含10个零件的一个样本，代表过程变差的实际或预期范围,并按1至10给零件编号,使评价人不能看到这些数字。2）指定评价人员A、B、C。3）让评价人A以随机的顺序测量这10个零件，并让另一个观测人将结果记录在第一行，让测试人B和C测量这10个零件并互相不看对方的数据。然后由观测人将测量结果分别填入第6行和第11行；4）使用不同的随机测量顺序重复上诉操作过程。把数据填入第2、7、12行，在适当的列记录数据，例如，第一个测量的零件是零件7，则将结果记录在标有7号零件的列内，如果需要试验3次，重复上述操作，将数据记录在第3、8和13行。5）当零件量过大或无法获得所需零件时，第4和第5步可以改成下述步骤之后：a)让评价人A测量第一个零件，并在第1行记录读数，让评价人B测量第1个零件并在第6行记录读书，让评价人C测量第1个零