MSA測量系統(tǒng)分析的概念與研究(共37頁).ppt

1、測量系統(tǒng)分析（MSA）冠智達(dá)顧問高級顧問師：郭克永內(nèi) 容 概 要一、基本概念二、測量系統(tǒng)的變差類型三、計(jì)量型量具雙性的分析與研究 極差法 均值和極差法 方差分析法四、計(jì)數(shù)測量系統(tǒng)的分析與研究 小樣法五、測量系統(tǒng)分析的時(shí)機(jī)與方式方法一、基本概念1、量具2、測量系統(tǒng)3、測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量4、測量過程5、測量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性1、量具 任何用來獲得測量結(jié)果的裝置；經(jīng)常用來特指用在車間的裝置；包括用來測量合格/不合格的裝置（如：塞規(guī)）。2、測量系統(tǒng) 用來對被測特性賦值的操作、程序、量具、設(shè)備、軟件、操作人員以及環(huán)境的集合，用來獲得測量結(jié)果的整個(gè)過程。3、測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量 測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量用穩(wěn)定條件下的某一測量系統(tǒng)

2、得到的多次測量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)特性來評價(jià)。例如，用在穩(wěn)定條件下運(yùn)行的測量系統(tǒng)得到某一特性的多次測量結(jié)果，若這些結(jié)果與基準(zhǔn)值（或真值）都很“接近”，則稱這些數(shù)據(jù)的質(zhì)量“高”，否則若“遠(yuǎn)離”其基準(zhǔn)值（或真值），則稱這些數(shù)據(jù)的質(zhì)量“低”。 表征測量數(shù)據(jù)質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)特性是編倚（偏移）和方方差。所謂偏倚的特性，是指數(shù)據(jù)相對基位值的位置，而所謂方差的特性，是指數(shù)據(jù)離散程度。一組測量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)離基準(zhǔn)值，或其變差太大，則此測量系統(tǒng)的變差，可能會掩蓋制造過程的變差。 4、測量過程 賦值過程定義為測量過程，而賦予的值定義為測量值。 5、測量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性 用于輸出數(shù)據(jù)制作控制圖或計(jì)算過程能力的測量系統(tǒng)應(yīng)具備如下的統(tǒng)計(jì)特性：（

3、1）測量系統(tǒng)必須處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)（2）測量系統(tǒng)的變差必須小于制造過程的變差（6）及公差帶（3）測量系統(tǒng)的最小增量，一般說來應(yīng)為制造過程變差（ 6 ）或公差帶兩者中較窄的十分之一（4）制造過程的總變差相對測量系統(tǒng)的變差的分級數(shù)應(yīng)大于5（5）隨著時(shí)間的推移或被測物改變時(shí)（即量程變化），也應(yīng)滿足上述要求。二、測量系統(tǒng)的變差類型1、偏倚（bias）2、穩(wěn)定性（stability）3、線性（linearity）4、重復(fù)性（repeatability）5、再現(xiàn)性（reproducibility）1、偏倚 偏移，又稱為“準(zhǔn)確度”，是指測量結(jié)果的觀測平均值與基準(zhǔn)值的差值?；鶞?zhǔn)值，也稱為標(biāo)準(zhǔn)值，是充當(dāng)測量值的一

4、個(gè)一致認(rèn)可的基準(zhǔn)，一個(gè)基準(zhǔn)值可以通過采用更高級別的測量設(shè)備（例如，計(jì)量實(shí)驗(yàn)室或全尺寸檢驗(yàn)設(shè)備）進(jìn)行多次測量，取其平均值來確定。 偏倚觀測平均值基準(zhǔn)值2、穩(wěn)定性 或稱飄移，指測量系統(tǒng)在某持續(xù)時(shí)間內(nèi)測量同一基準(zhǔn)或零件的單一特性時(shí)獲得的測量值總變差，即偏倚隨時(shí)間的增量。時(shí)間1時(shí)間2穩(wěn)定性3、線性 指測量系統(tǒng)在預(yù)期的工作范圍內(nèi)偏移（準(zhǔn)確度）的變化?；鶞?zhǔn)值偏倚觀測平均偏倚基準(zhǔn)值觀測平均觀測平均值有偏倚無偏倚基準(zhǔn)值4、重復(fù)性 又稱量具變差/設(shè)備變差，指由一個(gè)評價(jià)人采用同一個(gè)測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時(shí)測量平均值的變差。重復(fù)性5、再現(xiàn)性 又稱作業(yè)者變差/評價(jià)人變差，指由不同的評價(jià)人，采用同一個(gè)測量

5、儀器，測量同一零件的同一特性時(shí)測量平均值的變差。再現(xiàn)性作業(yè)者B作業(yè)者A作業(yè)者C三、計(jì)量型量具雙性的分析與研究1、測量系統(tǒng)變差的接受準(zhǔn)則2、極差法3、均值和極差法4、方差分析法1、測量系統(tǒng)變差的接受準(zhǔn)則（1）若數(shù)據(jù)用于計(jì)算過程能力或制作控制圖，雙性變差（GRR）的大小應(yīng)和既包含制造系統(tǒng)變差與測量系統(tǒng)變差的總過程變差進(jìn)行比較，雙性占總過程變差的百分比： 小于10%測量系統(tǒng)可接受； 10%至30%根據(jù)應(yīng)用的重要性，量具的成本，維修的費(fèi)用等，可能是可接受的； 大于30%不可接受。但能否用于判斷零件合格與否，需與產(chǎn)品公差進(jìn)行比較。（2）偏倚、線性及穩(wěn)定性變差的大小通常是可修復(fù)的，應(yīng)比雙性變差小很多。2、

6、極差法 典型的極差法使用2名評價(jià)人和5個(gè)零件進(jìn)行分析1）評價(jià)人A和B各測量零件一次；2）計(jì)算零件測量的極差R，測量的極差為評價(jià)人A和B測量結(jié)果差的絕對值；3）計(jì)算零件測量的平均極差 4）計(jì)算量具的雙性，即測量過程變差；5）計(jì)算雙性占總過程變差的百分?jǐn)?shù)； %GR&R=100(GR&R/過程變差)5/ :RR2/15. 5&dRRGR例：零件甲乙極差112142214131317161417152518191總和71 . 64 . 1*33. 4*33. 44 . 1575RGRRRR注：4.33由5.15/D2而來，D2請參考下表零件人員數(shù)234511.411.912.2

7、42.4821.281.812.152.4031.231.772.122.3841.211.752.112.3751.191.742.102.3661.181.732.092.3571.171.732.092.3581.171.722.082.3591.161.7202.082.34101.161.722.082.34極差法的限制 *無法將測量工具之重復(fù)性及再現(xiàn)性分開來計(jì)算 *它所反應(yīng)之GRR值為此2種量測誤差之組合3、GR&R均值極差法GR&R分析指南均值極差法（1）：*選取10個(gè)零件，要求覆蓋過程變差的實(shí)際或預(yù)期范圍；*指定評價(jià)人A、B、C。*按110給零件編號，并使評價(jià)人

8、不能看到編號數(shù)字；*如果校準(zhǔn)是正常程序的一部分，則校準(zhǔn)量具；GR&R均值極差法GR&R分析指南均值極差法（2）：*讓評價(jià)人A以隨機(jī)的順序測量10個(gè)零件，由監(jiān)督者將結(jié)果記錄在第1行。讓評價(jià)人B和C同樣隨機(jī)測量這10個(gè)零件，并互相不看對方的數(shù)據(jù)。然后將結(jié)果分別填入第6行和第11行；*使用不同的隨機(jī)測量順序重復(fù)上述操作過程。把數(shù)據(jù)填入第2、7和12行以及第3、8和13行。*要求同一個(gè)零件的數(shù)據(jù)記錄在同一列。GR&R分析指南均值極差法（3）：*當(dāng)零件過大或無法獲得所需零件時(shí)，可減少零件的數(shù)量。*從第1、2、3行中的最大值減去它們中的最小值，結(jié)果填入第5行；將1、2、3行的數(shù)值平

9、均，結(jié)果填入第4行。如此類推。*分別將第115行的數(shù)值平均，填在本行的最后一列；*對應(yīng)第5、10、15行的平均值分別是該評價(jià)人的測量平均極差mRa、mRb、mRc。GR&R分析指南均值極差法（4）：*將第5、10、15行的數(shù)據(jù)（ mRa、mRb、mRc ）記入第17行，并取平均值mmR（所有極差的平均值）；*將mmR記入第19、20行，得到控制上、下限，同SPC方法。應(yīng)描繪均值極差控制圖；*如果有測量值超控制限，應(yīng)由相應(yīng)的評價(jià)人對相應(yīng)的零件重新測量或剔除該測量值，重新按上述方法計(jì)算；GR&R分析指南均值極差法（5）：*應(yīng)糾正造成失控狀態(tài)的特殊原因；*將第4、9和14這三行中的最

10、大值和最小值填入第18行中的相應(yīng)處，得到其差值*計(jì)算每個(gè)零件每次測量的平均值（包括三個(gè)評價(jià)人的測量值），結(jié)果填入第16行；*計(jì)算第16行的極差，得到零件平均值的極差diffX;RpGR&R分析指南均值極差法（6）：*將mmR、mXdiff和Rp的計(jì)算值轉(zhuǎn)填入包括表格的欄內(nèi)；*在表格左邊標(biāo)有“測量系統(tǒng)分析”的欄下進(jìn)行計(jì)算；*在表格右邊標(biāo)有“總變差%”的欄下進(jìn)行計(jì)算；*檢查結(jié)果，確認(rèn)沒有錯(cuò)誤。評價(jià)人/試驗(yàn)次數(shù)量具重復(fù)性和再現(xiàn)性數(shù)據(jù)表平均值123456789101. A 10.651.000.850.850.551.000.950.851.000.600.8302. A 20.601.000

11、.800.950.451.000.950.801.000.700.8253. A 34.平均值0.6251.0000.8250.9000.5001.0000.9500.8251.0000.650mXa=0.82755.極差0.050.000.050.100.100.000.000.050.000.10mRa=0.04506. B 10.551.050.800.800.401.000.950.751.000.550.7857. B 20.550.950.750.750.401.050.900.700.950.500.7508. B 39.平均值0.5501.0000.7750.7750.4001

12、.0250.9250.7250.9750.525mXb=0.767510.極差0.000.100.050.050.000.050.050.050.050.05mRb=0.045011.C 10.501.050.800.800.451.000.950.801.050.850.82512.C 20.551.000.800.800.501.050.950.801.050.800.83013.C 314.平均值0.5251.0250.8000.8000.4751.0250.9500.8001.0500.825mXc=0.827515.極差0.050.050.000.000.050.050.000.00

13、0.000.05mRc=0.025016.零件0.5671.0080.8000.8250.4581.0170.9420.7831.0080.667mX=0.8075Rp=0.55817.（mRa=0.045+mRb=0.045+mRc=0.025)/#評價(jià)人數(shù)=3mmR=0.0418.Max(mX)=0.8275-Min(mX)=0.7675=mXdiff0.0619.mmR=0.04D4=3.27=UCLR0.1320. mmR=0.04D3=3.27=UCLR0說明：1. 2次試驗(yàn)時(shí)D4=3.27, 3次試驗(yàn)時(shí)D4=2.58. 7次試驗(yàn)以內(nèi)D3=0。 2. 圈出那些超出控制限的值，查明原因

14、并糾正。由同一評價(jià)人采用最初的量具重復(fù)這些數(shù)或剔除這些值并由其余觀 測值重新計(jì)算mR和控制限。 尺寸規(guī)格： 0.61.0mm來自數(shù)據(jù)表： mmR=0.0400.06Rp=0.558重復(fù)性 - 設(shè)備變差 ( EV )EV= mmRXK1K1%EV= EV/TV X 100%=0.04X4.564.56= 0.18/0.93 X 100%=0.183.05=18.7%再現(xiàn)性 - 評價(jià)人變差 ( AV )AV= (mXdiff X K2)2 - (EV2 / nr)%AV= AV/TV X 100%= ( 0.06 X 2.70 )2 - (0.182 / (10 X 2)= 0.16/0.93 X

15、 100%=0.16=16.8%評價(jià)人23 n = 零件數(shù)量K23.652.70 r = 試驗(yàn)次數(shù)重復(fù)性和再現(xiàn)性(R&R)R&R= (EV2 + AV2) %R&R= R&R/TV X 100%= ( 0.172 + 0.162)K3= 0.24/0.93 X 100%=0.243.65=25.2%零件變差 (PV)2.70PV= Rp X K32.30%PV= PV/TV X 100%=0.558X1.622.08= 0.90/0.93 X 100%=0.91.93=96.8%總變差(TV)1.82TV= ( R&R2 + PV2)1.74數(shù)據(jù)分級=P

16、V/R&R X 1.41= (0.242 + 0.902)1.67= 0.9/0.24 X 1.41=0.931.62=59零件數(shù)量234試驗(yàn)次數(shù)23mXdiff=測量系統(tǒng)分析測量系統(tǒng)分析%總變差總變差(TV)105678量具類型：010mmGR&R -控制圖 mX CHART0.350.550.750.951.15AAAAAAAAAABBBBBBBBBBCCCCCCCCCCR CHART0.000.020.040.060.080.100.120.14AAAAAAAAAABBBBBBBBBBCCCCCCCCCC4、方差分析法 在方差分析中，將變差源分為4個(gè)：零件、評價(jià)人、零件與

17、評價(jià)人的交互作用、量具造成的重復(fù)性誤差。 與均值和極差法相比，方差分析法的優(yōu)點(diǎn)是：它適用于任何試驗(yàn)調(diào)試；可以更精確地估計(jì)方差；可以從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中分離更多的信息。缺點(diǎn)是需要計(jì)算機(jī)來計(jì)算，并要求使用者有一定的統(tǒng)計(jì)知識來解釋結(jié)果。四、計(jì)算測量系統(tǒng)的分析研究小樣法小樣法分析指南：*選取20個(gè)零件，其中有一些零件高于或低于規(guī)范限值；*給零件編號并不讓評價(jià)人看見號碼；*每位評價(jià)人分別測量所有零件兩次；*如果所有的測量結(jié)果一樣，則零件可接受；否則應(yīng)改進(jìn)或重新評價(jià)該量具。小樣法示例 12121GGGG2GGGG3GGGG4NGNGNGNG5GGGG6GGGG7GGGG8GNGGG9GGGG10GGGG11GGGG12NGNGGG13GGGG14NGGGG15GGGG16GGGG17GGGG18GGGG19NGNGGG20GGGG評價(jià)人 A評價(jià)人 BG/NG塞規(guī)塞規(guī)五、測量系統(tǒng)分析的時(shí)機(jī)與方式方法1、測量系統(tǒng)分析的兩個(gè)階段2、測量系統(tǒng)分析的方式3、測量系統(tǒng)分析時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)1、測量系統(tǒng)分析的兩個(gè)階段 測量系統(tǒng)分析分為兩個(gè)階段：第一階段在測量系統(tǒng)投入使用前或即將投入使用時(shí)，目的是判斷測量系統(tǒng)是否具有可接受的統(tǒng)計(jì)特性；第二階段是在使用中，目的是判斷測量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性是否持續(xù)滿足要求。兩個(gè)階