测量系统分析-MSA

测量系统分析（MeasurementSystemsAnalysis）培训讲义Quality测量数据的质量测量数据的质量稳定条件下运行某一测量系统得到的多次测量结果的统计特性偏差太大或变差太大都将直接导致低质量的测量数据术语测量赋值给具体事物以表示他们之间关于特殊特性的关系量具任何用来获取测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置，包括用来测量合格/不合格装置测量系统用来对测量单元进行量化或对被测特性进行评估，所使用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、设备、软件、人员、环境及假设的集合；用来获得测量结果的整个过程术语分辨力（率）分辨率（力）——测量系统能发现并真实地表示被测特性很小变化的能力别名：最小可读单位、测量解析度、最小刻度极限或探测的最小极限一个仪器测量或输出的最小刻度单位通常被显示为测量单位10：1（过程变差或公差）的比例法则测量系统的有效分辨率要求不低于过程变差或允许偏差的十分之一零件之间的差异必须大于最小测量刻度极差控制图可显示分辨率是否足够数据分级(ndc)的计算为1.41（零件的标准偏差/总的量具偏差）一般要求它大于5才可接受直尺卡尺千分尺.2.28.279.2.28.281.2.30.280.2.28.278术语参考值某一个物品的可接受数的值需要一个可操作的定义常被用来代替真值的使用真值物品的实际数值不可知的且无法知道的术语准确度重复测量均值与真值间的一致性。表示测量系统误差大小。常用绝对值表示，即偏倚的绝对值。与真值或可接受的参考值“接近”的程度精密度表示测量随机误差大小，常用标准差表示图精确度、准确度示意不准不精准而不精准且精精而不准术语偏倚观测到的测量值的平均值与参考值之间的差值是测量系统的系统误差所构成术语稳定性（漂移）随时间变化的偏倚值一个稳定的测量过程在位置方面是处于统计上受控状态术语线性在量具正常工作量程内的偏倚变化量多个独立的偏倚误差在量具工作量程内的关系是测量系统的系统误差所构成术语重复性一位评价人使用一种测量仪器，对同一零件的同一特性进行多次测量下的变差是在固定和已定义的测量条件下，连续（短期内）多次测量中的变差通常被称为E.V.-设备变差设备(量具)的能力或潜能术语再现性由不同的评价人使用同一个量具,测量一个零件的同一特性时产生的测量平均值的变差在对于产品和过程进行鉴定时,误差可能是评价人、环境(时间)或方法通常被称为A.V-评价人变差术语GRR或量具的重复性和再现性量具的重复性和再现性:测量系统重复性和再现性联合评估值测量系统能力:取决于使用的方法,可能包括或不包括时间影响测量过程测量系统统计特性理想的测量系统在每次测量时，应只产生“正确”的测量结果，每次测量结果总应该与一个标准值相符一个能产生理想测量结果的测量系统，应具零方差、零偏倚、和对所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性优良测量系统的基本特性足够的分辨率（10：1原则）具统计稳定性、亦即测量系统的变差只能是由于普通原因而非特殊原因造成的测量系统的变异须小于规格公差或过程变异测量过程变异源测量系统变差标准工件仪器人环境测量系统变差的影响对产品决策的影响第一类错误（生产者风险/假警报）：一个好的零件有时被误判为“不合格”第二类错误（消费者风险/漏判率）：一个不合格的零件有时被误判为“合格”LSLUSL测量系统变差的影响对产品决策的影响ⅠLSLUSLⅠⅡⅡⅢ改进过程:生产的产品集中在区域Ⅲ改进测量系统:减少区域Ⅱ面积Ⅰ:不合格零件总是判断为不合格Ⅱ:可能做出错误的判断Ⅲ:合格零件总是判断为合格测量系统变差的影响对过程决策的影响将普通原因判断为特殊原因将特殊原因判断为普通原因（Cp）观察=(Cp）实际+（Cp）测量系统-2-2-2测量系统变差的影响实际的GRR10%20%30%40%50%60%70%90%观测的Cp与基于过程范围的Cp1.31.291.271.241.191.131.040.930.57观测的Cp与基于公差范围的Cp1.31.291.261.201.110.990.810.54评估测量系统三个基本要素足够的分辨率稳定统计特性（误差）在预期量程是一致的，且足够用以测量用途评估测量系统分辨率测量系统检出并如实指示被测量特性中极小变化的能力若不能测量出过程的变差，这种分辨率用于分析是不可接受的若不能测定出特殊原因的变差，这种分辨率用于控制是不可接受的不可接受的分辨率可通过极差图最好的显示出来数据分级的影响分级数目控制分析只有下列条件才可用于控制：与规范相比，过程变差较小；过程变差主要原因导致均值偏移对过程参数及指数估计不可接受;只能表明过程是否正在产生合格零件依据过程分布可用半控制技术;可产生不敏感的计量控制图一般来讲,对过程及指数的估计不可接受;只提供粗略估计可用于计量控制图建议使用5个或更多数据分级2-4个数据分级1个数据分级ndc≥5直尺卡尺千分尺.2.28.279.2.28.281.2.30.280.2.28.278测量系统变差可能的原因偏倚a)基准的误差b)磨损的量具c)制造的仪器尺寸不对d)仪器没有正确校准e)评价人使用仪器不正确测量系统变差可能的原因稳定性a)仪器需要校正,减小校正周期b)正常的老化c)仪器维护不足d)仪器设计或方法问题线性工作范围上限/下限内仪器没有正确校准最大或最小值校准量具的误差磨损的仪器测量系统变差可能的原因重复性仪器需要维护量具应重新设计来提高刚度夹紧及检验点需要改进再现性评价人需要更好的培训如何使用量具仪器及读数量具刻度盘上的读数不清楚需要某种夹具帮助评价人提高使用量具的一致性测量系统研究准备计划将要使用的方法例如通过工程决策,直接观察或量具研究决定,是否评价人在校准或使用仪器时产生影响;有些测量系统的再现性可以忽略,例如按键评价人数量、样品数量、及重复读数次数应预先确定尺寸的关键性-关键尺寸需要更多的样品和/或试验零件规格-大而重的零件可规定较少样品及较多试验评价人的选择应从日常操作该仪器的人中选出测量系统研究准备样品选择对于适当的研究非常重要，且取决于测量系统研究的设计对于产品控制：“符合/不符合产品特性规格”，样品的选择无需覆盖整个规格范围对于过程控制：“过程稳定性，方向及自然变差的符合情况”，样品必须从过程中选取并代表整个工作范围仪器分辨率应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分之一确保测量方法在按规定的测量步骤测量特征尺寸测量系统研究准备进行研究的方式非常重要测量应按随机顺序，以确保研究过程中产生的任何漂移或变化随机分布。使用盲测方法设备读数应估计到可得到的最接近的数字，模拟设备应读取最小刻度的一半研究工作应由知其重要性且仔细认真的人进行每一位评价人应采取相同的方法/步骤来获取数据计量型测量系统研究确定重复性和再现性分析指南进行研究1.取得一个能代表过程变差实际或预期范围的样本，为n≥10个零件的样本2.确定评价人，≥2人，分别对评价人和零件进行编号，零件编号不要让评价人看到3.每个评价人先后以随机顺序测量n个零件，并记录测量结果4.重复3的操作≥2次以上，记录测量结果5.按附表的要求计算相关参数确定重复性和再现性分析指南6.当测量系统是用来对产品进行控制，即判定产品是否符合规格，而不是用来对过程进行控制时，可以用公差为基础来代替过程变差。在对%EV、%AV、%GRR、%PV进行计算时，分母由（公差）来代替总变差（TV）确定重复性和再现性分析指南接受标准（1、2同时满足）1、%GRR为：低于10%-接受在10%～30%之间--根据应用的重要性、量具成本、维修的费用等，有条件接受高于30%--不能接受，测量系统必须改善2、并且分类数量ndc≥5确定稳定性指南进行研究1.取一个样本。2.定期（天、周）测量标准样本4~5次，应在不同的时间读数以代表测量系统的实际使用情况，以便说明在一天中预热、周围环境和其他因素发生的变化3.测量周期≥20个4.将数据按时间顺序画在X（bar）-R控制图上5.对于破坏性的或检测费用高的测量，只定期对标准样本测量1~2次，用X（bar）-MR控制图进行分析确定稳定性指南判定准则如果X（bar）-R/X-MR控制图处于统计受控状态，则测量系统的稳定性是可以接受的确定稳定性的指南举例-稳定性为了确定一个新的测量装置的稳定性是否可以接受，工艺小组在生产工艺中程数附近选择了一个零件。这个零件被送到测量实验室，确定基准值为6.01。小组每班测量这个零件5次，共测量4周（20个子组）。收集所有数据以后，X&R图就可以做出来了。确定稳定性的指南稳定性的均值—极差图6.36.05.7样本均值子组0515202510UCL=6.297Mean=6.021LCL=5.7461.00.50.0样本极差R=0.47792ULC=1.01LCL=0确定偏倚的指南进行研究如果用X（bar）-R图来衡量稳定性，其数据可以用来进行偏倚的评价。在偏倚评价前，控制图分析应该表明这测量系统处于稳定状态取一个样件，并且建立可追溯到一相关标准的参考值。如不能取得参考值，选择一件落在生产测量值范围中间的生产零件，将他指定为偏倚分析的基准样件。在工具室测量该零件n≥10次，并计算n个读值的平均值。用该平均值作为“参考值”用量具对样件测量n≥15次计算n个读数的均值计算可重复性标准偏差2)min()max(dxxii重复性nXXnii1确定偏倚的t统计量nrbbt偏倚偏倚=观测测量平均值—基准值可接受偏倚水平)(0)(2/1,222/1,22avbavbtddtdd偏倚偏倚如果0落在围绕偏倚值1-α置信区间以内，偏倚在α水平是可接受的。d2、d2*和v可以在附录中查到，g=1，m=n，tv，1-α/2在标准t表中查到。偏倚研究数据基准值=6.0偏倚15.8-0.225.7-0.335.9-0.145.9-0.156.00.066.10.176.00.086.10.196.40.4106.30.3116.00.0126.10.1136.20.2145.6-0.4156.00.0偏倚研究直方图5.65.75.85.96.06.16.26.36.4测量值（measuredvalue）43210频次偏倚研究—偏倚研究分析Xrbn(m)均值标准偏差均值的标准偏差测量值156.00670.225140.05813基准值=6.00，α=0.05,g=1，d2*=3.35t统计量df显著t值（2尾）偏奇95%偏倚置信区间低值高值测量值0.115310.82.2060.0067-0.11850.1319因为0落在偏倚置信区间（-1.1185，0.1319）内，所以偏倚是可以接受的，使用过程不会导致附加变差源。如果偏倚在统计上不等于0，检查是否存在以下原因：仪器没有经过适当校准仪器、设备或夹紧装置的磨损磨损或损坏的基准，基准出现误差校准不当或调整基准的使用不当仪器质量差——设计或一致性不好应用错误的量具不同的测量方法——设置、安装、夹紧、技术测量错误的特性偏倚分析确定线性的指南进行研究线性按下列指南评价：1.选择g≥5件零件/特性，由于过程变差，这些零件/特性测量值覆盖量具的工作量程2.对每个零件/特性，建立可追溯到一相关标准的参考值。3.由这个量具的操作者中的一个测量每个零件m≥12次。注：随机地选择零件以使评价人对测量偏倚的“记忆”最小化确定线性的指南结果分析-作图法4、计算零件每次测量的偏倚及零件偏倚均值。偏倚i,j=xi,j-（基准值）i偏倚i=∑偏倚i,j/m5、在线性图上画出单值偏倚和相关基准值的偏倚均值确定线性的指南6、用下面等式计算和画出最佳拟合线和置信区间对于最佳拟合直线，用公式：yi=axi+bxi=基准值yi=偏倚平均值这里xi是基准值，yi是偏倚均值，用下列公式求出a、b和s。a=(∑xy-∑x∑y/gm)/[∑x2-(∑x)2/gm]b=y-axs=[(∑yi2-b∑yi-a∑xiyi)/(gm-2)]1/2确定线性的指南对于给定的x0，画出a水平的置信区间低值：b+ax