测量系统分析(MSA)讲义new

1GRR量測系統分析GaugeRepeatabilityandReproducibility2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31.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:42.1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52.2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6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73.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3.3GRR83.1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.9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主值良好重復性不良重復性主值10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C11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OperatorC12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133.2.3零件間變異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p14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1153.2.5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163.3GRR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GRR17222+=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183.3.3GRR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)%193.3.3GRR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出給定的產品規格:203.3.4量測系統的判定(一)再現性:EV(設備變異)再生性:AV(量測員變異)•量具需加以保養•量具需重新設計,以提高適切性.•量具之夾持或定位需改善.•存在過大的零件變異再現性:EV(設備變異)再生性:AV(量測員變異)•量測員訓練不足.•量具刻度校正不良.•可能治具或軟體協助量測員進行量測213.3.4量測系統的判定(二)GRR=10%量具系統可接受可接受.可不接受,決定于該量具系統之重要性,修理所需之費用等因素GRR=30%10%GRR30%量具系統不能接受,須予以改進223.3.4量測系統的判定(三)下面幾張幻燈片演示了4個變數的:量具%R&R結果和量具%P/T-精確度比公差的圖形表示。–GR&R結果有無數個(將%研究和%公差結合).用這4個相對特殊的情形，有助於決定對得出的結果需要採取哪些措施.–儘管可以考慮接受(慎重進行)小於30%的情況，但是要努力尋找GR&R10%的結果。239080706050LSLUSL公差情形110%=%R&R15%=%P/T在這個實例中，我們看到GR&R的結果是可以接受的，它的%R&R變動與%P/T公差變動相同。由於總變動-TV和公差-T(USL-LSL)相對大小相同，所以結果相同。因此，當我們得出R&R或P/T比時，它將大大低於30%。這個量具是可接受的，不需要採取任何措施。唯一需要採取的行動是改善過程能力。實際值測量值(TV)量測變異(R&R)249080706050公差LSLUSL在這個實例中,我們觀察到,GR&R中的%R&R與%P/T相同,然而結果根本無法接受.由於總變動-TV和公差-T(USL-LSL)的相對大小相同，所以結果相同。因此當我們得出P/TV或P/T比時，它將大大超出30%。這表明衡量系統無法辨別零件與零件的差別。不良GR&R的一個影響將會擴大產品標準偏差的變動性。在這個實例中，我們確實需要修正衡量系統!!!情形170%=%R&R70%=%P/T實際值測量值(TV)量測變異(R&R)259080706050LSLUSL公差在此我們觀察到的GR&R中%R&R根本無法接受，而%P/T完全可以接受。怎麼會出現這種情況呢?在這個實例中，%R&R很大。然而當我們將量具精確度與公差(USL-LSL)相比（P/T）時，我們發現GR&R-5%.是完全可以接受的。我們需要修正衡量系統嗎?這要視情況而定。如果我們需要改善這個過程，那麽我們應當修正衡量系統；如果我們不需要提高過程能力，那麽這個衡量系統是可以接受的。情形170%=%R&R5%=%P/T實際值測量值(TV)量測變異(R&R)269080706050LSLUSL公差在此我們觀察到的GR&R中%R&R是能夠接受的,而%P/T無法接受.怎麼會出現這種情況呢?在這個實例中,%R&R=5%非常小.然而當我們將量具精確度與公差(USL-LSL)相比(P/T)時我們發現%P/T=70%很大.我們需要修正衡量系統。在這個實例中，觀察到的Cp是實際Cp並且它可能在0.2到0.4之間.過程能力改善後,我們的%R&R將變得更糟.並且觀察到的Cp不反應實際值,所以需要改善衡量系統。實際值測量值(TV)量測變異(R&R)情形15%=%R&R70%=%P/T274.GRR實驗方法-全距法及平均值法1.樣品要求:樣本應在能代表整個作業范圍的製程中隨機地選取(包括超出規格的樣品)2.儀器要求:確保量測儀器是依照正確的國際認可的最新標准得到了校正量測儀器應能辨別1/10的制程變化讀數值取估計之最近值,而最小取至最小刻度之1/23.對操作者的要求:每位操作者得到了良好的教育訓練,能熟練正確地操作量測儀器確保每個操作者完全明白進行GRR分析的每一個步驟及注意事項4.1GRR實驗要求281.本法以3個作業者.10個零件各量測3次,以3次量測誤差的平均值和作業者間平均值的量測誤差作重複性(量具變異)和再生性(操作者變異)分析2.本法可區分量測系統的重複性和再生性,但無法判定作業者與量具的交互作用3.本法對操作者.量具及樣品等實驗要求同上4.2GRR(全距法及平均值法)步驟294.3GRR實驗實例選擇分析量具(已校正),標準件5件(標注量測位置),操作者3人(經過足夠訓練者)操作者使用同一量具,分別量測5件標準件二次,操作者間應不知道其他操作者的量測值,並且每次5件標準件其編號順序應改變.將3*5*2=30筆數據填入下表,依表中公式計算製表人**量測員A**量測員B**量測員C人員/次數#9#10量測#A1量測#A2量測#A3平均值****XA=**全距****RA=**量測#B1量測#B2量測#B3平均值****XB=**全距****RB=**量測#C1量測#C2量測#C3平均值****XC=**全距****RC=**RP=**R=**5次XDIFF=**2.115UCLR=**0LCLR=**再現性(Repeatability)---設備變異(EV)EV=R*K12次3次%EV=100(EV/TV)=**4.563.05=**%再生性(Reproducibility)---量測員變異(AV)AV=(XDIFF*K2)2-(EV2/nr)2人3人%AV=100(AV/TV)=**(n:零件數;r:量測次數)3.652.70=**%再現性&再生性(R&R)R&R=EV2+AV2%R&R=100(R&R/TV)=**=**%日期量測員人數量測次數GaugeRepeatability&Reproducibility量具名稱量具編號零件名稱(料號)量測參數量具型號量測系統分析2次量測次數Xp(RA+RB+RC)/(量測員人數)=R量測員A%製程變異**********平均值3.2670量測員人數K2量測次數K1量測員B量測員C******************D3D4******#3#4#5#6#7************************************#8********02.57504次3次****#2****零件平均值****R*D3=LCLRR*D4=UCLRMax(XA,XB,XC)-Min(XA,XB,XC)=XDIFF********#1********尺寸規格****零件(SA