工程师级SPC教材3--量测系统研究

WorldClassQualityPtyLtd1SPC量测系统研究(工程师级）讲师:Mccain.Koo(顾孝锋)WorldClassQualityPtyLtd2内容：•为什么要进行MSA？Why？；•什么是MSA？What？；•什么时候进行MSA？When？；•如何进行MSA？How？；目的：理解进行过程能力分析的重要性；掌握量测系统评估指数;掌握如何评估量测系统的分辨率WorldClassQualityPtyLtd3为什么要进行MSA？•我（你）的测量数据是可靠的吗？•测量系统有足够的分辨力吗？•两年内量具的结果能否保持一致？•为什么不同的测量人员得到的结果不同，我应该相信谁？•量具测量重复测量时结果也不尽相同，应该如何取值？•……WorldClassQualityPtyLtd4为什么要进行MSA？总过程变差过程变差测量系统变差LSLUSL222mptSigmaSigmaSigmaWorldClassQualityPtyLtd5为什么要进行MSA？因此我们需要：通过一系列的科学方法——确保具有合适分辨力和小的测量系统误差的测量系统。WorldClassQualityPtyLtd6为什么要进行MSA？•MSA系统可以让你获得什么？–接受新测量设备的准则；–一种测量设备与另一种测量设备的比较；–评价怀疑有缺陷的量具的依据；–维修前后测量设备的比较；–计算过程变差所需的方法，以及生产过程的可接受性水平；•想知道什么是MSA了吧？WorldClassQualityPtyLtd7什么是MSA？•测量系统：指被测试特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合，是用来获得测量结果的整个过程。•量具：指任何用来获得测量结果的装置；包括用来测量合格/不合格的装置。•测量系统的分辨率：测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力（也称为分辨力）。WorldClassQualityPtyLtd8什么是MSA？•影响测量系统的因素:–量具(Gage)–人(People)–测量技术(MeasurementTechnique)–测量程序(MeasurementProcedure)–软件(Software)–环境(Environment)–其它因素(OtherFactors)WorldClassQualityPtyLtd9什么是MSA？•测量系统的分辨率的意义：–如果测量系统没有足够的分辨率，它不能识别过程变差以及定量表示单个零件的特性值；–不适合的分辨率可以通过极差图方便地显示出来。–请看下页的极差图WorldClassQualityPtyLtd10什么是MSA？•如何判断测量系统的分辨率是否足够？极差图WorldClassQualityPtyLtd11什么是MSA？•如何判断测量系统的分辨力是否足够？–判断准则：当极差图显示可能只有一、二或三个极差值在控制限值内时，或可能4个极差值在控制限值内且超过四分之一以上的极差为零时，都反映了测量系统没有足够的分辨率/力。–建议：可视分辨率最多是总过程的6σ（标准偏差）的十分之一（而不是公差范围的十分之一）。WorldClassQualityPtyLtd12什么是MSA？•测量系统变差的分布特征：–反映测量值相对于标准值的位置：•偏倚(Bias)•稳定性(Stability)•线性(Linearity)–反映测量值的分散程度—方差，也即R&R：•重复性(Repeatability)•再现性(Reproducibility)•零件间变差WorldClassQualityPtyLtd13什么是MSA？•偏倚：测量结果的观测平均值与基准值的差值（也叫准确度）；基准值偏倚观测的平均值WorldClassQualityPtyLtd14什么是MSA？•偏倚较大，可能的原因：–标准或基准值误差；检验校准程序–仪器磨损；维护或修理–制造的仪器尺寸不对；–仪器测量了错误的特性；–仪器校准不当；复查校准方法–评价人员使用仪器不当；复查检验说明书–仪器修正计算不正确WorldClassQualityPtyLtd15什么是MSA？•稳定性：测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差；（或称飘移）时间1时间2稳定性WorldClassQualityPtyLtd16什么是MSA？•可利用平均值—极差控制图来研究稳定性XbarchartbyOperator32110.90.80.70.60.50.4UCL0.88CL0.807LCL0.735RchartbyOperator3210.120.110.10.090.080.070.060.050.040.030.020.010UCL0.125CL0.038LCL0WorldClassQualityPtyLtd17什么是MSA？•可利用平均值—极差控制图来研究稳定性–平均值失控表示：系统不再正确地测量（偏倚已经改变）可能的原因：需要校准等–极差图失控表示：不稳定的重复性可能的原因：部件松动、气路堵塞、电压变化等WorldClassQualityPtyLtd18什么是MSA？•线性：量具预期的工作量程内，偏倚值的差值。量程较低部分量程较高部分WorldClassQualityPtyLtd19什么是MSA？线性图其中：x:基准值y:偏倚y=a+bx，b：斜率WorldClassQualityPtyLtd20什么是MSA？•线性的表达方式：]))(([]))(([][)())(()(22222222nyynxxnyxxyRnxanybnxxnyxxyaWorldClassQualityPtyLtd21什么是MSA？•线性的表达方式：–线性回归直线的拟合优度（R2）用来推断偏倚与基准值之间的线性关系.–线性=|斜率|×（过程变差）–%线性=100[线性/过程变差]–拟合优度（R2）用来推断偏倚与基准值之间的线性关系,其取值范围为[0,1],越接近于1表示线性关系越强。–注意:线性是由最佳拟合直线的斜率而不是拟合优度的值确定的，一般地，斜率越低，量具线性越好。WorldClassQualityPtyLtd22什么是MSA？•测量系统非线性的可能原因：–在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准；–最小或最大值校准量具的误差；–磨损的仪器；–仪器固有的设计特性；……WorldClassQualityPtyLtd23什么是MSA？•重复性：由一个评价人，采用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值的变差。主要反映：量具变异。重复性WorldClassQualityPtyLtd24什么是MSA？•重复性的计算公式：)),(%.(99,15.5)(.,)(222可从附表一中查得量乘以评价人数量及零件数依赖于试验次数布测量结果的代表正态分为仪器变差或重复性为重复测量的平均极差式中的估计为变差重复性标准偏差或仪器gmddREVRdReWorldClassQualityPtyLtd25什么是MSA？•产生重复性的一般原因：–仪器自身；–零件在仪器中位置变化。WorldClassQualityPtyLtd26什么是MSA？•极差控制图分析重复性–如果所有极差都受控，则仪器变差和测量过程在研究期间是一致的；–如果一名评价人失控，那么他的方法与其他人不同；–如果所有评价人都失控，则必须改进测量技术；WorldClassQualityPtyLtd27什么是MSA？•再现性：由不同的评价人，采用同一个的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。主要反映:人的变异评价人A评价人C评价人BWorldClassQualityPtyLtd28什么是MSA？•再现性的表达方式：–再现性的标准偏差：σo=Ro/d2(Ro为评价人最大平均值减去最小平均值)。–再现性AV=5.15Ro/d2。(d2的值取决于评价人的人数m和参与计算的极差的个数g=1,可从附表一中查得)–由于量具变差影响了该估计值，必须通过减去重复性部分来调整。–调整后的再现性的标准偏差：σo=AV/5.15.,:])()15.5([]15.5[222试验次数零件数量式中校正过的再现性rnnrdRAVeoWorldClassQualityPtyLtd29什么是MSA？•再现性研究：–均值控制图（评价人对每个零件的平均值绘制而成）如果只有30%或少于一半的平均值在限值外，则测量系统不足以检测出零件间变差。注意：控制限以重复性误差为基础而不是零件间变差。WorldClassQualityPtyLtd30什么是MSA？•重复性与再现性之间比较：–如果重复性＞再现性：•仪器需要维护；•量具应重新设计来提高刚度；•夹紧和检验点需要改进；•存在过大的零件内变差；–如果再现性＞重复性：•评价人需要更好的培训如何使用量具和读数•量具刻度盘上的刻度不清楚；•需要某种夹具帮助评价人提高实用量具的一致性WorldClassQualityPtyLtd31•零件间变差：由同一或不同的评价人，采用同一个的测量仪器，测量不同零件的同一特性时零件测量平均值的变差。–零件间标准偏差：σp=Rp/d2（Rp为样品平均值极差）。–零件间变差：PV=5.15Rp/d2。(d2取值取决于量具研究使用的零件数m和参与计算的极差个数g=1，可从附表一中查得)。什么是MSA？WorldClassQualityPtyLtd32什么是MSA？•好的测量系统应该具备：–统计稳定性：只有正常原因没有异常原因–测量系统的变差过程的变差–测量的分辨率=1/10*[5.15*过程变差]–线性较好–保证测量结果的一致性;WorldClassQualityPtyLtd33什么是MSA?•测量系统R&R计算公式%100/%:%100]/&[&%:%100/%:%100/%:TVPVPVTVRRRRTVAVAVTVEVEV差的百分比零件间变差占总过程变变差的百分比测量系统变差占总过程过程变差的百分比测量系统的再现性占总过程变差的百分比测量系统的重复性占总tpmtmoemTVRR15.515.5&2222总过程变差总过程标准偏差测量系统变差测量系统标准偏差WorldClassQualityPtyLtd34•测量系统重复性和再现性占总过程变差的百分比（%R&R）的可接受性准则：–低于10%—测量系统可接受；–10%至30%—根据应用的重要性、量具成本和维修的费用等可能是可接受的；–大于30%—测量系统需要改进。测量系统R&R的接受准则WorldClassQualityPtyLtd35什么时候进行MSA？•传统上:–根据经验–制造商建议–无科学的方法•太短–资源浪费–不必要的活动•太长–采取不正确的测量系统的危险度增大WorldClassQualityPtyLtd36什么时候进行MSA？•测量系统研究准备–计划要使用的方法；–确定评价人的数量、样品数量及重复读数次数；–从日常操作该仪器的人中挑选评价人；–样品必须从过程中选取并代表整个工作范围；–仪器的分辨率应允许至少读取特性的预期过程变差的十分之一；–确保测量方法（即评价人和仪器）在按照规定的测量步骤测量特征尺寸。WorldClassQualityPtyLtd37什么时候进行MSA？•测量系统研究的注意事项–测量必须按照随机顺序进行；–不应让评价人知道正在检查零件的编号；–测量读数应估计到可得到的最接近的数字；–研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行；–每一位评价人在整个研究过程中应采用相同的测量方法。WorldClassQualityPtyLtd38如何进行MSA？•偏倚或线性：–独立样本法–图表法——平均值标准差控制图•稳定性：–平均值极差或平均值标准差控制图WorldClassQualityPtyLtd39如何进行MSA？•重复性与再现性–极差法；测量变异近似值；只提供总体情形；–平均值极差控制图法；把变异分为重复性和再现性；–方差分析法；把变差分为四类：零件、评价人、零件与评价人的交互作