量測系統分析(MSA)

量測系統分析(MSA)MeasurementSystemAnalysisMSAIII(Mar.2003)內部教育訓練用(教材系列八)AFOPJohnny編撰May.04.2004修訂製程變異是經由檢測而發現，故量測系統之準確度與精確度必須事先加以研究與分析。1.2製程變異源概分為人、材料、設備、方法、量測、環境等類別，而這些變異源也將是影響量測系統準確度與精確度的因素。1.3準確度與精確度A.準確但不精確B.精確但不準確●●●●●●C.不準確也不精確D.準確且精確●●●●●●1.4在未能確定量測系統之準確與精確度適合量測對象前，使用該量測系統所得到的檢測結果或製程能力將不可信賴。1.5影響量測系統準確度與精確度的因素因素校驗使用人實驗室專業人員管制計畫規劃的使用者被測物主規管制計畫規劃的產品或製程特性設備被研究的設備被研究的設備方法國際或國家標準自定標準且使用者可能未遵守環境標準實驗室環境管制計畫規劃的現場環境變化造成的熱漲冷縮將可能影響被測物與檢測設備，且使用者不同其使用方法也可能不同，都可能影響檢測的信賴度，故檢測設備非但需要校驗且需進行MSA，以確保檢測的結果的可信度。例如：A公司B公司產品規格3±0.5mm3±0.5µm生產環境30℃30℃量規熱漲冷縮總合+0.0001mm+0.0001mm熱漲冷縮佔產品規格比率0.0001mm÷1.0mm=0.01%0.0001mm÷0.001mm=10%±5℃2.MSA類型◎計量值─穩定性研究┬偏性研究─線性研究└R＆R研究├全距法(無法分再生性與再現性)├平均值與全距法(無法分人與樣│├圖表分析本之交互作用)│└R＆R計算│├全變異(TV)│├設備變異(EV)│├人或方法變異(AV)│└樣本間變異(PV)└變異數分析法(均可)◎計數值┬短期法└長期法3.定義3.1穩定性(Stability)─研究環境變化對量測系統的影響同一人使用同一量具於不同時間在同一地點量測同一樣本相同特性所得之變異。3.2再現性(Repeatability)─研究設備與樣本受環境影響的變異同一人使用同一量具量測同一樣本之相同特性多次所得變異。時間2時間1穩定性再現性再生性(Reproducibility)─研究因人與方法不同所產生的變異不同人使用同一量具量測同一樣本之相同特性所得之變異。3.4偏性(Bias)─研究校驗環境與使用現場環境不同所產生的變異同一人使用同一量具在管制計畫規劃地點與在實驗室量測同一樣本之相同特性所得平均值與參考值之間的差異。3.5線性(Linearity)─研究設備各使用範圍之偏性趨勢指量具各作業範圍之偏性。3.6樣本間變異─研究時所取得樣本之間的差異。3.7鑑別力─即區別分類數（ndcNumberofDistinctCategories）製程分配鑑別力計量值管制計數值管制只能用1種數據分級只能顯示其製程主要變異來自於平均值偏移不可用於估計製程參數與指數只能顯示製程生產符合或不符合產品再生性操作者A操作者B操作者C偏性參考值觀測平均值不偏觀測平均值參考值偏性~4種數據分級只能用於製程變異較大的管制不可用於估計製程參數與指數只能提供粗糙的估計可用5種以上數據分級能與管制圖一起使用被推薦例如：產品規格為3±0.5(即2.50~3.50)量規精度所能量測值ndc1310.52.5,3.0,3.530.22.6,2.8,3.0,3.2,3.450.12.5,2.6,2.7,2.8,2.9,3.0,3.1,3.2,3.3,3.4,3.5114.MSA建議實施步驟(須校驗完成接受後始可實施)◎計量型┬穩定性OK┬自動檢測→停止│└非自動檢測→再生性└穩定性NG┬Xbar→偏性→線性└R┬自動檢測→再現性└非自動檢測→R&R◎計數型─短期法＊自動檢測設備：指作業之操作與檢測結果不因人之方法或判斷的誤差而有所不同的檢測設備，如電子顯示型電錶、電性測試機…。5.MSA限制條件5.1管制計畫未規劃之量測系統，可免實施MSA(即對管制計畫規劃之量測系統類型實施即可)。5.2使用於量測之特性無法重複量測者(如破壞性、微塵量…)，可免實施MSA。5.3設備無法移動者，可免實施偏性與線性研究。5.4管制計畫規劃之現場恰為實驗室或校驗室者，可免實施偏性與線性研究。6.MSA之基本假設6.1設備零誤差─即進行MSA操作時，所有量測皆必須考量校驗誤差之補正。6.2樣本本身零誤差─即每次量測必須量測相同部位的相同特性；可於樣本的量測位置標示明顯的標記，而每次必須量測該處。＊如未能確實把握上述兩項原則，則設備與樣本本身的誤差將被納入MSA分析時考量，使得再現性不僅只受環境影響，會令再現性變異佔製程變異的較高比率，而造成MSA的研究誤差。7.MSA實施要領7.1選擇同型設備中狀況最差者(即被接受之校驗後誤差最大者)7.2優先選擇管制計畫規劃之所有重要特性作為檢測標的，否則選擇公差最嚴格者。同一型設備用於不同特性之檢測時，應對各特性分別分析。7.4於管制計畫規劃使用該設備之現場進行(除偏性外)。7.5選擇管制計畫規劃使用該類型設備之人員與其操作方法較差者。7.6樣本必須依特性規格設定，於上、下限邊緣值之樣本須有一定比率，其他樣本則可於規格值內任意取樣。(注意：不應至製程中隨機取樣)7.7操作時應令操作者隨機抽樣盲目測試，即不令操作者預知自己或他人對每個樣本先前的檢測結果，以避免操作者預設檢測結果而影響分析真確性。8.MSA實施時機8.1新類型檢測設備增設校驗後8.2新重要特性產生時8.3新規格公差加嚴時8.4新材質產生時8.5使用環境不同時8.6非自動檢測設備使用者更換且其資格與操作方法未被鑑定合格時8.7檢測設備翻新、重組或改裝後(該類型設備為唯一數量時或翻新、重組、改裝後之校驗結果與同類型其他設備比較，狀況為最差者)9.穩定性分析樣品名稱量測地點量測者量測期間量測特性特性規格儀器名稱儀器編號溫度溼度(℃)(%)X1X2X3第1週第2週第3週第4週第5週第6週第7週第8週第9週第10週第11週第12週第13週第14週第15週X=R=UCLX=UCLR=LCLX=LCLR=YNYN以連續量測15週,每次重複量測3次為例:A2=1.023d2*=1.71D3=0D4=2.575審核分析者2.每次量測該特性3次(盲目測試).3.計算平均值X與全距R.7.如X穩定性NG,則設備有偏性存在.8.如R穩定性NG,則設備再現性不佳.4.計算總平均X與全距平均R5.計算過程標準差R/d2*,如小於製程標準差則穩定性OK;否則6.計算管制上下限.管制界限判定常數表執行步驟UCLX=X+A2R;UCLR=D4RLCLX=X-A2R;LCLR=D3R1.R/d2*=是否小於製程標準差R/d2=?2.所有的值是否介於管制上下限之間?1.選定規格上/中/下限各一個樣品、操作者、量測特性與量測地點.平均值量測值XR穩定性分析表◎如果量測系統穩定性不足，可能原因是：‧儀器需要校準，縮短校準週期‧儀器、設備或夾具的磨損‧正常的老化或損壞‧維護保養不好—空氣、動力、液體、過濾器、腐蝕、塵土、清潔‧基準的磨損或損壞，基準的誤差‧不適當的校準或使用基準設定‧儀器品質不好—設計或符合性‧儀器缺少穩健的設計或方法‧不同的量測方法—作業準備、載入、夾緊、技巧‧變形（量具或零件）‧環境變化—溫度、濕度、振動、清潔‧錯誤的假設，應用的常數不對‧應用—零件數量、位置、操作者技能、疲勞、觀測誤差（易讀性、視差）10.再現性與再生性分析(1)將第1、2、3列之最大值減最小值之全距記於第5列，同樣地，第6、7、8列之全距記於第10列，第11、12、13列之全距記於第15列(表1)。(2)將第5列加總後除以零件數，則得第一位作業者的平均全距Ra，同法，由第10、15列求得Rb、Rc(表1)。(3)將第Ra、Rb、Rc轉記入第17列，並加總後除以作業者人數即得全距平均R(表1)。(4)將R轉記入第19、20列，並乘以D3及D4求其管制界限(D3、D4查常數表)(表1)。(5)若有全距值超過管制界限者，則可依原方法請同一作業者將同一零件再量測一次，或刪除其值，再重新計算R及管制界限。(6)將1、2、3、6、7、8、11、12、13各列分別加總並除以零件數，即得平均值(表1)。(7)將1、2、3列之平均值加總除以量測次數，即得作業者A之平均值Xa，記入第4列，同法6、7、8及11、12、13列得出之值記入第9及14列的Xb及Xc(表1)。(8)將第4、9、14列的最大平均值及最小平均值記入第18列，並計算其差(表1)。(9)將每個零件之所有量測值加總並除以量測值總數得出各零件之平均值，記入第16列。並將各零件平均值加總除以零件數或將Xa、Xb、Xc加總除以作業者數，則得總平均X(表1)。(10)將零件平均值之最大值減最小值，得平均值全距Rp(表1)。(11)將R、DIFFX、Rp轉記於表2之表頭。(12)計算表2左半邊之”量測分析”各欄。(13)計算表2右半邊之”﹪總變異”各欄。(14)檢查上述13項作業是否有錯誤。＆R數據收集表評價者╱測量次數零件平均值123456789101.A10.29-0.561.340.47-0.80.020.59-0.312.26-1.360.1942.20.41-0.681.170.5-0.92-0.110.75-0.21.99-1.250.1663.30.64-0.581.270.64-0.84-0.210.66-0.172.01-1.310.2114.平均值0.447-0.6071.2600.537-0.853-0.1000.667-0.2272.087-1.307aX＝0.19035.全距0.350.120.170.170.120.230.160.140.270.11aR＝0.1846.B10.08-0.471.190.01-0.56-0.20.47-0.631.8-1.680.0017.20.25-1.220.941.03-1.20.220.55-0.082.12-1.620.0998.30.07-0.681.340.2-1.280.060.83-0.342.19-1.50.0899.平均值0.133-0.7901.1570.413-1.0130.0270.617-0.3502.037-1.600bX＝0.063010.全距0.180.750.401.020.720.420.360.550.390.18bR＝0.49711.C10.04-1.380.880.14-1.46-0.290.02-0.461.77-1.49-0.22312.2-0.11-1.131.090.2-1.07-0.670.01-0.561.45-1.77-0.25613.3-0.15-0.960.670.11-1.45-0.490.21-0.491.87-2.16-0.28414.平均值-0.073-1.1570.8800.150-1.327-0.4830.080-0.5031.697-1.807cX＝-0.254315.全距0.190.420.420.090.390.380.200.100.420.6